Шифрование и расшифровка данных: различия между версиями
Андрей (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Дмитрий (обсуждение | вклад) |
||
(не показано 35 промежуточных версий 2 участников) | |||
Строка 7: | Строка 7: | ||
Затем перейдем к настройке самого крипто-блока. Для этого откроем вкладку крипто-блок и нажмем включить. После этого появятся несколько настроек. | Затем перейдем к настройке самого крипто-блока. Для этого откроем вкладку крипто-блок и нажмем включить. После этого появятся несколько настроек. | ||
[[Файл:Настройки крипто-блока в конфигураторе.png|мини| | [[Файл:Настройки крипто-блока в конфигураторе.png|мини|Рисунок 2 - настройки крипто-блока в конфигураторе]] | ||
Зададим им следующие значения: | Зададим им следующие значения: | ||
Строка 15: | Строка 15: | ||
* Порядок загрузки/выгрузки - От старшего слова к младшему. | * Порядок загрузки/выгрузки - От старшего слова к младшему. | ||
В итоге настройки | В итоге настройки крипто-блока в конфигураторе должны выглядеть как на рисунке 2. | ||
Нажимаем кнопку сохранения и генерации. В итоге у нас появится проект для PlatformIo. Далее работа идет в visual studio code. | Нажимаем кнопку сохранения и генерации. В итоге у нас появится проект для PlatformIo. Далее работа идет в visual studio code. | ||
== Использование библиотеки | == Использование библиотеки HAL_Crypto == | ||
В сгенерированном проекте в файле main.c должна быть функция Crypto_Init, в которой будут заданы настройки для крипто-блока. Выглядит она так: | В сгенерированном проекте в файле main.c должна быть функция Crypto_Init, в которой будут заданы настройки для крипто-блока. Выглядит она так: | ||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | <syntaxhighlight lang="c" line="1"> | ||
static void Crypto_Init(void) | static void Crypto_Init(void) | ||
Строка 34: | Строка 35: | ||
HAL_Crypto_Init(&hcrypto); | HAL_Crypto_Init(&hcrypto); | ||
} | } | ||
</syntaxhighlight> | </syntaxhighlight> | ||
}} | |||
Кроме этого в функции SystemClock_Config приведены настройки для тактирования. Убедитесь, что в PeriphClkInit.PMClockAHB присутствует PM_CLOCK_CRYPTO_M. Сама функция должна выглядеть примерно так: | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | <syntaxhighlight lang="c" line="1"> | ||
void SystemClock_Config(void) | void SystemClock_Config(void) | ||
Строка 59: | Строка 64: | ||
} | } | ||
</syntaxhighlight> | </syntaxhighlight> | ||
}} | |||
Для демонстрации вывода текста в PeriphClkInit.PMClockAPB_P присутствует PM_CLOCK_UART_0_M. У вас его может не быть, так как UART нужно включить отдельно. Для этого нужно подключить библиотеки uart_lib и xprintf. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
#include "uart_lib.h" | |||
#include "xprintf.h" | |||
#include "mik32_hal_rcc.h" | |||
#include "mik32_hal_crypto.h" | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
Для инициализации UART в функции main, после функции тактирования SystemClock_Config, следует написать: | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1" start="1"> | |||
UART_Init(UART_0, 3333, UART_CONTROL1_TE_M | UART_CONTROL1_M_8BIT_M, 0, 0); | |||
</syntaxhighlight> | |||
Скорость UART задается делителем во втором аргументе функции. При такой записи скорость будет 9600 бод. | |||
В начале main.c можно видеть объявление структуры с набором настроек для крипто-блока, которую использует функция инициализации Crypto_Init. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
Crypto_HandleTypeDef hcrypto; | |||
void SystemClock_Config(void); | |||
static void Crypto_Init(void); | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
Создадим глобальный массив для ключа. Количество элементов массива можно задать с помощью макросов CRYPTO_KEY_KUZNECHIK (количество слов в ключе для алгоритма кузнечик). | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
uint32_t crypto_key[CRYPTO_KEY_KUZNECHIK] = {0x8899aabb, 0xccddeeff, 0x00112233, 0x44556677, 0xfedcba98, 0x76543210, 0x01234567, 0x89abcdef}; | |||
</syntaxhighlight> | |||
Для режимов шифрования ECB и CBC длина данных должна быть кратна длине блока. Иначе данные следует дополнить. | |||
Для режима CTR длинна данных может быть любой. В этом режиме дополнения не требуются. | |||
Синхропосылка (вектор инициализации), в соответствии с ГОСТ 34.13—2015, для разных режимов может иметь разную длину: | |||
*В режиме ECB синхропосылка не используется; | |||
*В режиме CBC синхропосылка должна быть длинной m*z, где m - длина блока (128 бит для алгоритма Кузнечик), z - целое число. Поддерживается только случай z=1, m=n, где n - длина блока (4 слова для Кузнечика и AES, 2 слова для Магмы); | |||
*В режиме CTR в регистр INIT следует записывать значение счетчика состоящего из синхропосылки, длинна которой равна половине длине блока, и такого же количества нулей. В итоге размер синхропосылки будет равен размеру блока. | |||
===Режим простой замены (Electronic Codebook, ЕСВ)=== | |||
Теперь напишем функции для зашифровки и расшифровки данных в режиме шифрования ECB - kuznechik_ECB_code и kuznechik_ECB_decode соответственно. | |||
В функции kuznechik_ECB_code будет три массива данных: | |||
*plain_text - незашифрованные данные; | |||
*cipher_text - полученные зашифрованные данные; | |||
*expect_cipher_text - зашифрованные данные, которые ожидается получить. | |||
Количество слов в данных для зашифровки должно быть кратно размеру блока (для кузнечика 4 слова или 128 бит). Если данных меньше, то их нужно дополнить вручную. ГОСТ 34.13—2015 определяет три возможные процедуры дополнения. Можно, например, дополнить остаток нулями до размера блока. | |||
Внутри kuznechik_ECB_code сначала задается режим шифрования функцией HAL_Crypto_SetCipherMode (если другие режимы использовать не планируется, то этого можно не делать, так как этот режим шифрования уже задан после инициализации функцией Crypto_Init), затем устанавливается мастер-ключ функцией HAL_Crypto_SetKey. Так как ключ должен быть инициализирован в режиме шифрования, то после функции HAL_Crypto_SetKey блок находится в режиме зашифровки данных. После этого используется функция HAL_Crypto_Encode для зашифровки данных. | |||
В конце поочередно выведем каждый из массивов в UART. После этого проведем сравнение полученных данных и ожидаемых. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
Функция kuznechik_ECB_code<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
void kuznechik_ECB_code() | |||
{ | |||
uint32_t plain_text[] = { | |||
0x11223344, 0x55667700, 0xffeeddcc, 0xbbaa9988, | |||
0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xcceeff0a, | |||
0x11223344, 0x55667788, 0x99aabbcc, 0xeeff0a00, | |||
0x22334455, 0x66778899, 0xaabbccee, 0xff0a0011 | |||
}; | |||
uint32_t cipher_text[] = { | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0 | |||
}; | |||
uint32_t expect_cipher_text[] = { | |||
0x7f679d90, 0xbebc2430, 0x5a468d42, 0xb9d4edcd, | |||
0xb429912c, 0x6e0032f9, 0x285452d7, 0x6718d08b, | |||
0xf0ca3354, 0x9d247cee, 0xf3f5a531, 0x3bd4b157, | |||
0xd0b09ccd, 0xe830b9eb, 0x3a02c4c5, 0xaa8ada98 | |||
}; | |||
uint32_t key_length = sizeof(crypto_key)/sizeof(*crypto_key); | |||
uint32_t plain_text_length = sizeof(plain_text)/sizeof(*plain_text); | |||
/* Задать режим шифрования */ | |||
HAL_Crypto_SetCipherMode(&hcrypto, CRYPTO_CIPHER_MODE_ECB); | |||
/* Установка ключа */ | |||
HAL_Crypto_SetKey(&hcrypto, crypto_key); | |||
/* Зашифровать данные */ | |||
HAL_Crypto_Encode(&hcrypto, plain_text, cipher_text, plain_text_length); | |||
xprintf("KEY "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < key_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", crypto_key[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("plain: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", plain_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("cipher: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", cipher_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("expect: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", expect_cipher_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
if(expect_cipher_text[i] != cipher_text[i]) | |||
{ | |||
xprintf("error\n"); | |||
break; | |||
} | |||
else if ((i+1) == plain_text_length) | |||
{ | |||
xprintf("Successfull\n"); | |||
} | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
} | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
Функция kuznechik_ECB_decode аналогична, но в ней используются другие массивы: | |||
*plain_text - полученные расшифрованные данные; | |||
*cipher_text - зашифрованные данные; | |||
*expect_plain_text - расшифрованные данные, которые ожидается получить. | |||
Для расшифровки данных используется функция HAL_Crypto_Decode. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
Функция kuznechik_ECB_decode<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
void kuznechik_ECB_decode() | |||
{ | |||
uint32_t plain_text[] = { | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0 | |||
}; | |||
uint32_t cipher_text[] = { | |||
0x7f679d90, 0xbebc2430, 0x5a468d42, 0xb9d4edcd, | |||
0xb429912c, 0x6e0032f9, 0x285452d7, 0x6718d08b, | |||
0xf0ca3354, 0x9d247cee, 0xf3f5a531, 0x3bd4b157, | |||
0xd0b09ccd, 0xe830b9eb, 0x3a02c4c5, 0xaa8ada98 | |||
}; | |||
uint32_t expect_plain_text[] = { | |||
0x11223344, 0x55667700, 0xffeeddcc, 0xbbaa9988, | |||
0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xcceeff0a, | |||
0x11223344, 0x55667788, 0x99aabbcc, 0xeeff0a00, | |||
0x22334455, 0x66778899, 0xaabbccee, 0xff0a0011 | |||
}; | |||
uint32_t key_length = sizeof(crypto_key)/sizeof(*crypto_key); | |||
uint32_t cipher_text_length = sizeof(cipher_text)/sizeof(*cipher_text); | |||
/* Задать режим шифрования */ | |||
HAL_Crypto_SetCipherMode(&hcrypto, CRYPTO_CIPHER_MODE_ECB); | |||
/* Установка ключа */ | |||
HAL_Crypto_SetKey(&hcrypto, crypto_key); | |||
/* Расшифровать данные */ | |||
HAL_Crypto_Decode(&hcrypto, cipher_text, plain_text, cipher_text_length); | |||
xprintf("KEY "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < key_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", crypto_key[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("cipher: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", cipher_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("plain: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", plain_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("expect: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", expect_plain_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
if(expect_plain_text[i] != plain_text[i]) | |||
{ | |||
xprintf("error\n"); | |||
break; | |||
} | |||
else if ((i+1) == cipher_text_length) | |||
{ | |||
xprintf("Successfull\n"); | |||
} | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
} | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
Функция main. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
int main() | |||
{ | |||
SystemClock_Config(); | |||
UART_Init(UART_0, 3333, UART_CONTROL1_TE_M | UART_CONTROL1_M_8BIT_M, 0, 0); | |||
Crypto_Init(); | |||
xprintf("\nkuznechik_ECB_code\n"); | |||
kuznechik_ECB_code(); | |||
xprintf("\nkuznechik_ECB_decode\n"); | |||
kuznechik_ECB_decode(); | |||
while (1) | |||
{ | |||
} | |||
} | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
[[Файл:Kuznechik ECB.png|мини|Рисунок 3 - вывод в UART]] | |||
Вывод в UART изображен на рисунке 3. | |||
Функции для режимов CBC и CTR аналогичны, но содержат другие данные в массивах. | |||
Отличие этих режимов в том, что они перед каждой новой расшифровкой или зашифровкой требуют записи вектора инициализации с помощью функции HAL_Crypto_SetINIT. | |||
===Режим простой замены с зацеплением (Cipher Block Chaining, СВС)=== | |||
Размер массива для вектора инициализации можно задать с помощью макросов: | |||
* IV_LENGTH_KUZNECHIK_CBC | |||
* IV_LENGTH_MAGMA_CBC | |||
* IV_LENGTH_AES_CBC | |||
Количество слов в данных для зашифровки должно быть кратно размеру блока (для кузнечика 4 слова или 128 бит). Если данных меньше, то их нужно дополнить вручную. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
Функция kuznechik_CBC_code<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
void kuznechik_CBC_code() | |||
{ | |||
uint32_t init_vector[IV_LENGTH_KUZNECHIK_CBC] = {0x12341234, 0x11114444, 0xABCDABCD, 0xAAAABBBB}; | |||
uint32_t plain_text[] = { | |||
0x11223344, 0x55667700, 0xffeeddcc, 0xbbaa9988, | |||
0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xcceeff0a, | |||
0x11223344, 0x55667788, 0x99aabbcc, 0xeeff0a00, | |||
0x22334455, 0x66778899, 0xaabbccee, 0xff0a0011 | |||
}; | |||
uint32_t cipher_text[] = { | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0 | |||
}; | |||
uint32_t expect_cipher_text[] = { | |||
0x50796e7f, 0x4094ce10, 0xbab7374c, 0x981047e3, | |||
0x1ee4f83b, 0x334948ed, 0x86a0873c, 0x86bff9a2, | |||
0xa084f5fa, 0x965481e4, 0xb64be9bd, 0x32ef21e3, | |||
0xa6e376cf, 0x95e8a097, 0x9a46ba33, 0x152b1843 | |||
}; | |||
uint32_t key_length = sizeof(crypto_key)/sizeof(*crypto_key); | |||
uint32_t plain_text_length = sizeof(plain_text)/sizeof(*plain_text); | |||
/* Задать режим шифрования */ | |||
HAL_Crypto_SetCipherMode(&hcrypto, CRYPTO_CIPHER_MODE_CBC); | |||
/* Установка вектора инициализации */ | |||
HAL_Crypto_SetIV(&hcrypto, init_vector, sizeof(init_vector)/sizeof(*init_vector)); | |||
/* Установка ключа */ | |||
HAL_Crypto_SetKey(&hcrypto, crypto_key); | |||
/* Зашифровать данные */ | |||
HAL_Crypto_Encode(&hcrypto, plain_text, cipher_text, plain_text_length); | |||
xprintf("KEY "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < key_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", crypto_key[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("plain: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", plain_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("cipher: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", cipher_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("expect: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", expect_cipher_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
if(expect_cipher_text[i] != cipher_text[i]) | |||
{ | |||
xprintf("error\n"); | |||
break; | |||
} | |||
else if ((i+1) == plain_text_length) | |||
{ | |||
xprintf("Successfull\n"); | |||
} | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
} | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
Функция kuznechik_CBC_decode для расшифровки. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
void kuznechik_CBC_decode() | |||
{ | |||
uint32_t init_vector[IV_LENGTH_KUZNECHIK_CBC] = {0x12341234, 0x11114444, 0xABCDABCD, 0xAAAABBBB}; | |||
uint32_t plain_text[] = { | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0 | |||
}; | |||
uint32_t cipher_text[] = { | |||
0x50796e7f, 0x4094ce10, 0xbab7374c, 0x981047e3, | |||
0x1ee4f83b, 0x334948ed, 0x86a0873c, 0x86bff9a2, | |||
0xa084f5fa, 0x965481e4, 0xb64be9bd, 0x32ef21e3, | |||
0xa6e376cf, 0x95e8a097, 0x9a46ba33, 0x152b1843 | |||
}; | |||
uint32_t expect_plain_text[] = { | |||
0x11223344, 0x55667700, 0xffeeddcc, 0xbbaa9988, | |||
0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xcceeff0a, | |||
0x11223344, 0x55667788, 0x99aabbcc, 0xeeff0a00, | |||
0x22334455, 0x66778899, 0xaabbccee, 0xff0a0011 | |||
}; | |||
uint32_t key_length = sizeof(crypto_key)/sizeof(*crypto_key); | |||
uint32_t cipher_text_length = sizeof(cipher_text)/sizeof(*cipher_text); | |||
/* Задать режим шифрования */ | |||
HAL_Crypto_SetCipherMode(&hcrypto, CRYPTO_CIPHER_MODE_CBC); | |||
/* Установка вектора инициализации */ | |||
HAL_Crypto_SetIV(&hcrypto, init_vector, sizeof(init_vector)/sizeof(*init_vector)); | |||
/* Установка ключа */ | |||
HAL_Crypto_SetKey(&hcrypto, crypto_key); | |||
/* Расшифровать данные */ | |||
HAL_Crypto_Decode(&hcrypto, cipher_text, plain_text, cipher_text_length); | |||
xprintf("KEY "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < key_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", crypto_key[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("cipher: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", cipher_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("plain: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", plain_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("expect: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", expect_plain_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
if(expect_plain_text[i] != plain_text[i]) | |||
{ | |||
xprintf("error\n"); | |||
break; | |||
} | |||
else if ((i+1) == cipher_text_length) | |||
{ | |||
xprintf("Successfull\n"); | |||
} | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
} | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
функция main. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
int main() | |||
{ | |||
SystemClock_Config(); | |||
UART_Init(UART_0, 3333, UART_CONTROL1_TE_M | UART_CONTROL1_M_8BIT_M, 0, 0); | |||
Crypto_Init(); | |||
xprintf("\nkuznechik_CBC_code\n"); | |||
kuznechik_CBC_code(); | |||
xprintf("\nkuznechik_CBC_decode\n"); | |||
kuznechik_CBC_decode(); | |||
while (1) | |||
{ | |||
} | |||
} | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
[[Файл:Kuznechik CBC.png|мини|Рисунок 4 - вывод в UART. CBC]] | |||
Вывод в UART изображен на рисунке 4. | |||
===Режим гаммирования (Counter, CTR)=== | |||
Размер массива для вектора инициализации можно задать с помощью макросов: | |||
* IV_LENGTH_KUZNECHIK_CTR | |||
* IV_LENGTH_MAGMA_CTR | |||
* IV_LENGTH_AES_CTR | |||
Количество слов в данных для зашифровки должно быть кратно размеру блока (для кузнечика 4 слова или 128 бит). Если данных меньше, то их нужно дополнить вручную. | |||
Функция kuznechik_CTR_code. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
void kuznechik_CTR_code() | |||
{ | |||
uint32_t init_vector[IV_LENGTH_KUZNECHIK_CTR] = {0x12345678, 0x90ABCEF0}; | |||
uint32_t plain_text[] = { | |||
0x11223344, 0x55667700, 0xffeeddcc, 0xbbaa9988, | |||
0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xcceeff0a, | |||
0x11223344, 0x55667788, 0x99aabbcc, 0xeeff0a00, | |||
0x22334455, 0x66778899, 0xaabbccee, 0xff0a0011 | |||
}; | |||
uint32_t cipher_text[] = { | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0 | |||
}; | |||
uint32_t expect_cipher_text[] = { | |||
0xf195d8be, 0xc10ed1db, 0xd57b5fa2, 0x40bda1b8, | |||
0x85eee733, 0xf6a13e5d, 0xf33ce4b3, 0x3c45dee4, | |||
0xa5eae88b, 0xe6356ed3, 0xd5e877f1, 0x3564a3a5, | |||
0xcb91fab1, 0xf20cbab6, 0xd1c6d158, 0x20bdba73 | |||
}; | |||
uint32_t key_length = sizeof(crypto_key)/sizeof(*crypto_key); | |||
uint32_t plain_text_length = sizeof(plain_text)/sizeof(*plain_text); | |||
/* Задать режим шифрования */ | |||
HAL_Crypto_SetCipherMode(&hcrypto, CRYPTO_CIPHER_MODE_CTR); | |||
/* Установка вектора инициализации */ | |||
HAL_Crypto_SetIV(&hcrypto, init_vector, sizeof(init_vector)/sizeof(*init_vector)); | |||
/* Установка ключа */ | |||
HAL_Crypto_SetKey(&hcrypto, crypto_key); | |||
/* Зашифровать данные */ | |||
HAL_Crypto_Encode(&hcrypto, plain_text, cipher_text, plain_text_length); | |||
xprintf("KEY "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < key_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", crypto_key[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("plain: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", plain_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("cipher: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", cipher_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("expect: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", expect_cipher_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++) | |||
{ | |||
if(expect_cipher_text[i] != cipher_text[i]) | |||
{ | |||
xprintf("error\n"); | |||
break; | |||
} | |||
else if ((i+1) == plain_text_length) | |||
{ | |||
xprintf("Successful\n"); | |||
} | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
} | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
Функция kuznechik_CTR_decode. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
void kuznechik_CTR_decode() | |||
{ | |||
uint32_t init_vector[IV_LENGTH_KUZNECHIK_CTR] = {0x12345678, 0x90ABCEF0}; | |||
uint32_t plain_text[] = { | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0, | |||
0x0, 0x0, 0x0, 0x0 | |||
}; | |||
uint32_t cipher_text[] = { | |||
0xf195d8be, 0xc10ed1db, 0xd57b5fa2, 0x40bda1b8, | |||
0x85eee733, 0xf6a13e5d, 0xf33ce4b3, 0x3c45dee4, | |||
0xa5eae88b, 0xe6356ed3, 0xd5e877f1, 0x3564a3a5 | |||
}; | |||
uint32_t expect_plain_text[] = { | |||
0x11223344, 0x55667700, 0xffeeddcc, 0xbbaa9988, | |||
0x00112233, 0x44556677, 0x8899aabb, 0xcceeff0a, | |||
0x11223344, 0x55667788, 0x99aabbcc, 0xeeff0a00, | |||
0x22334455, 0x66778899, 0xaabbccee, 0xff0a0011 | |||
}; | |||
uint32_t key_length = sizeof(crypto_key)/sizeof(*crypto_key); | |||
uint32_t cipher_text_length = sizeof(cipher_text)/sizeof(*cipher_text); | |||
/* Задать режим шифрования */ | |||
HAL_Crypto_SetCipherMode(&hcrypto, CRYPTO_CIPHER_MODE_CTR); | |||
/* Установка вектора инициализации */ | |||
HAL_Crypto_SetIV(&hcrypto, init_vector, sizeof(init_vector)/sizeof(*init_vector)); | |||
/* Установка ключа */ | |||
HAL_Crypto_SetKey(&hcrypto, crypto_key); | |||
/* Расшифровать данные */ | |||
HAL_Crypto_Decode(&hcrypto, cipher_text, plain_text, cipher_text_length); | |||
xprintf("KEY "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < key_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", crypto_key[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("cipher: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", cipher_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("plain: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", plain_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
xprintf("expect: "); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
xprintf("0x%08x, ", expect_plain_text[i]); | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
for (uint32_t i = 0; i < cipher_text_length; i++) | |||
{ | |||
if(expect_plain_text[i] != plain_text[i]) | |||
{ | |||
xprintf("error\n"); | |||
break; | |||
} | |||
else if ((i+1) == cipher_text_length) | |||
{ | |||
xprintf("Successful\n"); | |||
} | |||
} | |||
xprintf("\n"); | |||
} | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
Функция main. | |||
{{#spoiler:show=Развернуть код|hide=Свернуть код| | |||
<syntaxhighlight lang="c" line="1"> | |||
int main() | |||
{ | |||
SystemClock_Config(); | |||
UART_Init(UART_0, 3333, UART_CONTROL1_TE_M | UART_CONTROL1_M_8BIT_M, 0, 0); | |||
Crypto_Init(); | |||
xprintf("\nkuznechik_CTR_code\n"); | |||
kuznechik_CTR_code(); | |||
xprintf("\nkuznechik_CTR_decode\n"); | |||
kuznechik_CTR_decode(); | |||
while (1) | |||
{ | |||
} | |||
} | |||
</syntaxhighlight> | |||
}} | |||
[[Файл:Kuznechik CTR.png|мини|Рисунок 5 - вывод в UART. CTR]] | |||
Вывод в UART изображен на рисунке 5. |
Текущая версия от 09:24, 31 марта 2023
В примере будет зашифрованы и расшифрованы данные алгоритмом кузнечик. Данный процесс будет рассмотрен с различными режимами шифрования. Шифрования для алгоритмов «Магма» и AES128 полностью аналогичны, за исключением разрядности обрабатываемых данных.
Работа с конфигуратором (В разработке)
Для начала настроем в конфигураторе тактирование mik32, например, от внешнего кварца 32МГц. Затем настроем делители шины. Так как крипто-блок тактируется от шины AHB_CLK, то зададим делитель AHB_DIV. В данном примере оставим делитель по умолчанию. В итоге вкладка с тактированием должна выглядеть так:
(Картинка тактирования из конфигуратора. В работе)
Затем перейдем к настройке самого крипто-блока. Для этого откроем вкладку крипто-блок и нажмем включить. После этого появятся несколько настроек.
Зададим им следующие значения:
- Алгоритм шифрования - Кузнечик;
- Режим шифрования - ECB;
- В перестановке слова - нет перестановки;
- Порядок загрузки/выгрузки - От старшего слова к младшему.
В итоге настройки крипто-блока в конфигураторе должны выглядеть как на рисунке 2.
Нажимаем кнопку сохранения и генерации. В итоге у нас появится проект для PlatformIo. Далее работа идет в visual studio code.
Использование библиотеки HAL_Crypto
В сгенерированном проекте в файле main.c должна быть функция Crypto_Init, в которой будут заданы настройки для крипто-блока. Выглядит она так:
Кроме этого в функции SystemClock_Config приведены настройки для тактирования. Убедитесь, что в PeriphClkInit.PMClockAHB присутствует PM_CLOCK_CRYPTO_M. Сама функция должна выглядеть примерно так:
Для демонстрации вывода текста в PeriphClkInit.PMClockAPB_P присутствует PM_CLOCK_UART_0_M. У вас его может не быть, так как UART нужно включить отдельно. Для этого нужно подключить библиотеки uart_lib и xprintf.
Для инициализации UART в функции main, после функции тактирования SystemClock_Config, следует написать:
UART_Init(UART_0, 3333, UART_CONTROL1_TE_M | UART_CONTROL1_M_8BIT_M, 0, 0);
Скорость UART задается делителем во втором аргументе функции. При такой записи скорость будет 9600 бод.
В начале main.c можно видеть объявление структуры с набором настроек для крипто-блока, которую использует функция инициализации Crypto_Init.
Создадим глобальный массив для ключа. Количество элементов массива можно задать с помощью макросов CRYPTO_KEY_KUZNECHIK (количество слов в ключе для алгоритма кузнечик).
uint32_t crypto_key[CRYPTO_KEY_KUZNECHIK] = {0x8899aabb, 0xccddeeff, 0x00112233, 0x44556677, 0xfedcba98, 0x76543210, 0x01234567, 0x89abcdef};
Для режимов шифрования ECB и CBC длина данных должна быть кратна длине блока. Иначе данные следует дополнить.
Для режима CTR длинна данных может быть любой. В этом режиме дополнения не требуются.
Синхропосылка (вектор инициализации), в соответствии с ГОСТ 34.13—2015, для разных режимов может иметь разную длину:
- В режиме ECB синхропосылка не используется;
- В режиме CBC синхропосылка должна быть длинной m*z, где m - длина блока (128 бит для алгоритма Кузнечик), z - целое число. Поддерживается только случай z=1, m=n, где n - длина блока (4 слова для Кузнечика и AES, 2 слова для Магмы);
- В режиме CTR в регистр INIT следует записывать значение счетчика состоящего из синхропосылки, длинна которой равна половине длине блока, и такого же количества нулей. В итоге размер синхропосылки будет равен размеру блока.
Режим простой замены (Electronic Codebook, ЕСВ)
Теперь напишем функции для зашифровки и расшифровки данных в режиме шифрования ECB - kuznechik_ECB_code и kuznechik_ECB_decode соответственно.
В функции kuznechik_ECB_code будет три массива данных:
- plain_text - незашифрованные данные;
- cipher_text - полученные зашифрованные данные;
- expect_cipher_text - зашифрованные данные, которые ожидается получить.
Количество слов в данных для зашифровки должно быть кратно размеру блока (для кузнечика 4 слова или 128 бит). Если данных меньше, то их нужно дополнить вручную. ГОСТ 34.13—2015 определяет три возможные процедуры дополнения. Можно, например, дополнить остаток нулями до размера блока.
Внутри kuznechik_ECB_code сначала задается режим шифрования функцией HAL_Crypto_SetCipherMode (если другие режимы использовать не планируется, то этого можно не делать, так как этот режим шифрования уже задан после инициализации функцией Crypto_Init), затем устанавливается мастер-ключ функцией HAL_Crypto_SetKey. Так как ключ должен быть инициализирован в режиме шифрования, то после функции HAL_Crypto_SetKey блок находится в режиме зашифровки данных. После этого используется функция HAL_Crypto_Encode для зашифровки данных.
В конце поочередно выведем каждый из массивов в UART. После этого проведем сравнение полученных данных и ожидаемых.
Функция kuznechik_ECB_decode аналогична, но в ней используются другие массивы:
- plain_text - полученные расшифрованные данные;
- cipher_text - зашифрованные данные;
- expect_plain_text - расшифрованные данные, которые ожидается получить.
Для расшифровки данных используется функция HAL_Crypto_Decode.
Функция main.
Вывод в UART изображен на рисунке 3.
Функции для режимов CBC и CTR аналогичны, но содержат другие данные в массивах.
Отличие этих режимов в том, что они перед каждой новой расшифровкой или зашифровкой требуют записи вектора инициализации с помощью функции HAL_Crypto_SetINIT.
Режим простой замены с зацеплением (Cipher Block Chaining, СВС)
Размер массива для вектора инициализации можно задать с помощью макросов:
- IV_LENGTH_KUZNECHIK_CBC
- IV_LENGTH_MAGMA_CBC
- IV_LENGTH_AES_CBC
Количество слов в данных для зашифровки должно быть кратно размеру блока (для кузнечика 4 слова или 128 бит). Если данных меньше, то их нужно дополнить вручную.
Функция kuznechik_CBC_decode для расшифровки.
функция main.
Вывод в UART изображен на рисунке 4.
Режим гаммирования (Counter, CTR)
Размер массива для вектора инициализации можно задать с помощью макросов:
- IV_LENGTH_KUZNECHIK_CTR
- IV_LENGTH_MAGMA_CTR
- IV_LENGTH_AES_CTR
Количество слов в данных для зашифровки должно быть кратно размеру блока (для кузнечика 4 слова или 128 бит). Если данных меньше, то их нужно дополнить вручную.
Функция kuznechik_CTR_code.
Функция kuznechik_CTR_decode.
Функция main.
Вывод в UART изображен на рисунке 5.