本文來源電子發(fā)燒友社區(qū)，作者：HonestQiao， 帖子地址：https://bbs.elecfans.com/jishu_2289947_1_1.html

CF3310開發(fā)板是國產(chǎn)首創(chuàng)RISC-V安全微控制器，從官方資料可以了解到其所支持的安全功能：

其在硬件上，對加密功能進(jìn)行了針對性的加強(qiáng)：

并在硬件級別提供了多種加密算法：

在經(jīng)過學(xué)習(xí)官方資料包中提供的demo，以及經(jīng)過官方技術(shù)人員手把手的指導(dǎo)，結(jié)合自己所了解的Python加密知識，實(shí)現(xiàn)了串口加密通信。

這篇分享中，演示的是從開發(fā)板發(fā)送經(jīng)過加密處理的數(shù)據(jù)；

然后在上位機(jī)上，接收并解密對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

在開始之前，請先閱讀我的上一篇分享【CF3310開發(fā)板的串口使用】?，了解串口的使用。

可以直接使用跳線帽，按照如圖所示短接對應(yīng)的引腳，這樣Type-C口連接到電腦后，就能直接使用串口工具連接其對應(yīng)的串口進(jìn)行調(diào)試了：

然后，我選擇的加密方式為AES_CBC：

先查看官方演示代碼的src/demo/algo_demo.c中AES部分的代碼，來了解加密解密的具體處理。

因?yàn)橐褂肁ES_CBC加密，所以重點(diǎn)關(guān)注其中：aes.type = ALG_ECB、aes.KBits = ALG_KEY128部分的代碼：

aes.mode = ALG_ENCRYPT;
	aes.type = ALG_ECB;

	aes.KBits = ALG_KEY128;

	HAL_AES_SetSecurityLevel(&aes);

	if(HAL_AES_Cryptographic(&aes,(uint8_t *)key,(uint8_t *)iv,(uint8_t *)plain,temp,32))
	{
		RETERR();
	}

	if(memcmp((uint8_t *)cipher_aes128_ecb,temp,32) != 0)
	{
		RETERR();
	}

	printf("	通過
");

上述代碼中，重點(diǎn)是加密函數(shù)：

uint8_t HAL_AES_Cryptographic(AES_ConfigTypeDef *hcfg,uint8_t *pKey,uint8_t *pIV,uint8_t *srcBuffer,uint8_t *destBuffer,uint32_t length)

官方提供的各種加密算法，都通過該函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，來獲取加密后的結(jié)果。

其參數(shù)分別為：

• hcfg：AES加密定義
• pKey：加密密鑰
• pIV：加密偏移向量
• srcBuffer：明文
• destBuffer：加密結(jié)果
• length：塊大小

最終，實(shí)際實(shí)現(xiàn)的代碼如下：

/**
 * [url=home.php?mod=space&uid=1455510]@file[/url]    uart_sec.c
 * [url=home.php?mod=space&uid=40524]@author[/url]  HonestQiao
 * [url=home.php?mod=space&uid=644434]@version[/url] V1.0
 * @date    2022.6.28
 * [url=home.php?mod=space&uid=2666770]@Brief[/url]   uart sec test
 *
 */
// eport
#include "eport_hal.h"

// uart
#include "uart_hal.h"

// algo
#include "algo_demo.h"
#include "algo_hal.h"
#include "trng_hal.h"

#include "cpm_hal.h"
#include "hal.h"

#include "delay.h"
#include "debug.h"

uint8_t uart_tx_buf[128];
uint8_t uart_rx_buf[128];
UART_HandleTypeDef UART_Handle;

int32_t counter = 0;

void AES_SEND_TEST(void)
{
    AES_ConfigTypeDef aes;

    uint8_t len = 0;
    uint8_t loop = 0;

    uint8_t key[32] = "1234567890654321";   // 加加密密鑰
    uint8_t iv[] = "9876543210123456";      // AES_ECB實(shí)際不用
    uint8_t plain[32];                      // 非存放明文
    uint8_t temp[32];                       // 臨時(shí)存放加密后的結(jié)果

    len = strlen(key);
    memset(key + len, 0x00, 32 - len);      // 將加密密鑰用 0x00 填充到32位
    memset(plain, 0x00, 32);                // 明文清空
    memset(temp, 0x00, 32);                 // 加密結(jié)果存放清空

    counter++;                              // 計(jì)數(shù)器遞增
    if (counter > 999999)                   // 最大6位數(shù)
    {
        counter = 1;
    }
    sprintf(plain, "%06d", counter);        // 將要被加密的明文信息

    // printf("key=%s len=%d
", key, sizeof(key) / sizeof(key[0]));
    // printf("plain=%s len=%d
", plain, sizeof(plain) / sizeof(plain[0]));

    // 設(shè)置AES_ECB128加密
    aes.level = dpa_disable;
    aes.type = ALG_ECB;
    aes.KBits = ALG_KEY128;
    aes.mode = ALG_ENCRYPT;
    HAL_AES_SetSecurityLevel(&aes);

    // 加密處理
    if (HAL_AES_Cryptographic(&aes, (uint8_t *)key, (uint8_t *)iv, (uint8_t *)plain, temp, 32))
    {
        memset(uart_tx_buf, 0x00, 256);
        sprintf(uart_tx_buf, "ERROR:AES_256_ECB crypt error.
");
        HAL_UART_Transmit(&UART_Handle,
                          uart_tx_buf,
                          sizeof(uart_tx_buf) / sizeof(uart_tx_buf[0]),
                          1000000);
        return;
    }

    // 將加密結(jié)果轉(zhuǎn)換為需要發(fā)送的ASCII字符串
    memset(uart_tx_buf, 0x00, 256);
    sprintf(uart_tx_buf, "DATA:%06d:", counter);    // 測試階段，將明文也發(fā)送過去
    len = strlen(uart_tx_buf);
    for (loop = 0; loop < 32; loop++)
    {
        uart_tx_buf[len + loop * 3 + 0] = "0123456789ABCDEF"[(temp[loop] >> 4) & 0x0F];     // 高位轉(zhuǎn)換為ASCII字符
        uart_tx_buf[len + loop * 3 + 1] = "0123456789ABCDEF"[temp[loop] & 0x0F];            // 低位轉(zhuǎn)換為ASCII字符
        uart_tx_buf[len + loop * 3 + 2] = ' ';                                              // 空格
    }
    uart_tx_buf[len + loop * 3] = '
';                                                     // 結(jié)尾

    len = len + loop * 3 + 1;                                                               // 計(jì)算發(fā)送長度

    // 通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)
    HAL_UART_Transmit(&UART_Handle,
                      uart_tx_buf,
                      len,
                      1000000);
}

// 串口初始化
void Bsp_UARTInit1(UART_HandleTypeDef *huart, UART_TypeDef *puart)
{
    huart->Init.BaudRate = 115200;
    huart->Init.IPSFreq = g_ips_clk;
    huart->Init.Parity = UART_PARITY_MODE_NONE;
    huart->Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    huart->Instance = puart;

    HAL_UART_Init(huart);
}

// 實(shí)際測試主體邏輯
void UART_CPU_SEC_RxTxTest(void)
{
    // LED引腳設(shè)置
    EPORT_InitTypeDef eport;
    EPORT_PinDef pin_num;
    EPORT_TypeDef *eport_base;

    pin_num = EPORT_PIN4;
    eport_base = EPORT;

    eport.pin = pin_num;
    eport.func = GPIO_FUN;
    eport.dir = GPIO_DIR_OUT;
    eport.output_mode = EPORT_OUTPUT_MODE_CMOS;
    eport.pull_mode = EPORT_PULL_UP;
    HAL_EPORT_Init(eport_base, &eport);

    // algo設(shè)置
    TRNG_HandleTypeDef htrng;
    htrng.instance = TRNG;
    htrng.dividor = 59;
    HAL_CPM_ModuleClkCmd(MODULE_CLK_CRYPTO, ENABLE);
    HAL_TRNG_Init(&htrng);

    int8_t status = 0;
    uint16_t loop = 0;

    HAL_StatusTypeDef tmp_status;

    /* init */
    Bsp_UARTInit1((UART_HandleTypeDef *)(&UART_Handle), UART);

    while (1)
    {
        HAL_UART_DisItTcie(&UART_Handle);
        HAL_UART_DisItTie(&UART_Handle);
        HAL_UART_DisItRe(&UART_Handle);

        while (1)
        {
            // 讓LED交替閃亮，以示程序正在運(yùn)行
            HAL_EPORT_TogglePin(eport_base, pin_num);
            if (!status)
            {
                HAL_EPORT_WritePin(eport_base, pin_num, BIT_RESET);
            }
            else
            {
                HAL_EPORT_WritePin(eport_base, pin_num, BIT_SET);
            }
            status = !status;

            // AES串口加密數(shù)據(jù)發(fā)送測試
            AES_SEND_TEST();

            DelayMS(1000);
        }
    }
}

// 測試入口函數(shù)
void UART_SEC_Run(void)
{
    UART_CPU_SEC_RxTxTest();
}

將上述代碼覆蓋掉src/demo/uart_demo.c，然后在src/inc/demo.h中開啟UART，就能編譯下載了。

以上的代碼，整合了EPORT控制PIN4，UART數(shù)據(jù)發(fā)送，以及ALGO加密算法，每1秒鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)。

所以實(shí)際的連線如下：

代碼中，使用的：

• 加密算法為：AES_ECB_128
• 加密密鑰為：1234567890654321
• 加密的明文為：counter計(jì)數(shù)器，每秒遞增1次，然后前面補(bǔ)0到6位長度，如：0000109
• 串口發(fā)送的實(shí)際數(shù)據(jù)：DATA:6位明文:密文HEX的ASCII碼

發(fā)送的數(shù)據(jù)中，帶有明文的目的，是為了方便上位機(jī)測試驗(yàn)證。

將開發(fā)板使用Type-C連接到電腦，在上位機(jī)中，使用串口工具監(jiān)聽串口，然后編譯下載運(yùn)行以上代碼，就可以收到如下串口信息了：

在DATA:6位明文:后面的部分，就是6為明文加密后對應(yīng)的HEX值，我們獲取該值，然后使用AES_ECB進(jìn)行解密，就能還原得到明文了。

解密的部分，我使用Python來實(shí)現(xiàn)的。

首先，需要安裝pycrypt：

• Linux/macOS：pip3 install pycryptodome
• Windows：pip install pycrypto

然后，使用如下的代碼：

import serial
import serial.tools.list_ports
import hashlib
import base64
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Cipher import DES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad

password = b''

class Communication():

    #初始化
    def __init__(self,com,bps,timeout):
        self.port = com
        self.bps = bps
        self.timeout =timeout
        global Ret
        try:
            # 打開串口，并得到串口對象
             self.main_engine= serial.Serial(self.port,self.bps,timeout=self.timeout)
            # 判斷是否打開成功
             if (self.main_engine.is_open):
               Ret = True
        except Exception as e:
            print("---異常---：", e)

    #打開串口
    def Open_Engine(self):
        self.main_engine.open()

    #關(guān)閉串口
    def Close_Engine(self):
        self.main_engine.close()
        print(self.main_engine.is_open)  # 檢驗(yàn)串口是否打開

    # 打印可用串口列表
    @staticmethod
    def Print_Used_Com():
        port_list = list(serial.tools.list_ports.comports())
        print(port_list)

    def Read_Size(self,size):
        return self.main_engine.read(size=size)

    #接收一行數(shù)據(jù)
    # 使用readline()時(shí)應(yīng)該注意：打開串口時(shí)應(yīng)該指定超時(shí)，否則如果串口沒有收到新行，則會(huì)一直等待。
    # 如果沒有超時(shí)，readline會(huì)報(bào)異常。
    def Read_Line(self):
        return self.main_engine.readline()

    #發(fā)數(shù)據(jù)
    def Send_data(self,data):
        self.main_engine.write(data)

    def Recive_data(self,way):
        # 循環(huán)接收數(shù)據(jù)，此為死循環(huán)，可用線程實(shí)現(xiàn)
        print("開始接收數(shù)據(jù)：")
        data = b''
        while True:
            try:
                # 一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的接收
                if self.main_engine.in_waiting:
                    if(way == 0):
                        for i in range(self.main_engine.in_waiting):
                            print("接收ascii數(shù)據(jù)："+str(self.Read_Size(1)))
                            data1 = self.Read_Size(1).hex()#轉(zhuǎn)為十六進(jìn)制
                            data2 = int(data1,16)#轉(zhuǎn)為十進(jìn)制
                            print("收到數(shù)據(jù)十六進(jìn)制："+data1+"  收到數(shù)據(jù)十進(jìn)制："+str(data2))
                    if(way == 1):
                        #整體接收
                        # data = self.main_engine.read(
                        #		self.main_engine.in_waiting).decode("utf-8")#方式一
                        tmp = self.main_engine.read_all()#方式二
                        print("接收ascii數(shù)據(jù)：", tmp)                        
                        data = data + tmp
                        if tmp[-1] == 10:
                            data_hex = bytes.fromhex(data[12:-2].decode())
                            data_plain = data[5:11].decode()
                            print("	接收到一批數(shù)據(jù)：", data[12:-2])                            
                            print("	接收到的明文數(shù)據(jù)：", data_plain)                            
                            date_de = decrypt(data_hex, password)
                            data_de_plain = date_de.decode()
                            print("	解碼后的明文數(shù)據(jù)：", data_de_plain)
                            data = b''                            
                        
            except Exception as e:
                print("異常報(bào)錯(cuò)：",e)

def encrypt(data, password):
    bs = AES.block_size
    pad = lambda s: s.ljust(bs,b'') 
    cipher = AES.new(password, AES.MODE_ECB)
    data_used = pad(data)
    print("pad(data):", len(data_used), data_used)
    data = cipher.encrypt(data_used)
    return (data)

def decrypt(data, password):
    bs = AES.block_size
    if len(data) < bs:
        print("direct return",data,len(data),bs)
        return (data)
    cipher = AES.new(password, AES.MODE_ECB)
    data  = cipher.decrypt(data)
    return (data)

if __name__=="__main__":
    AES.block_size = 32
    password = b'1234567890654321' #16,24,32位長的密碼

    com = Communication("/dev/cu.usbserial-14240", 115200, None)
    com.Print_Name()
    plain,denc_hex = com.Recive_data(1)

將以上代碼，保存為：uart_sec_recv.py，準(zhǔn)備執(zhí)行。執(zhí)行以前，要先關(guān)掉串口監(jiān)聽工具。

使用python uart_sec_recv.py執(zhí)行，開始監(jiān)聽串口，就能接收到串口數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解碼：

從上述結(jié)果中可以看到，解碼后的數(shù)據(jù)，與傳送過來的明文數(shù)據(jù)，是一致的，因此加密發(fā)送并解碼成功。

以上的分享，演示的是開發(fā)板發(fā)送加密數(shù)據(jù)，使用了AES_ECB128加密算法，參考algo_demo.c，可以試用其他的加密算法，當(dāng)然，上位機(jī)的代碼也需要進(jìn)行針對性的處理。