Шифрование и расшифровка данных

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.

Настройки крипто-блока в конфигураторе

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 таймера в конфигураторе должны выглядеть как на рисунке.

Нажимаем кнопку сохранения и генерации. В итоге у нас появится проект для PlatformIo. Далее работа идет в visual studio code.

Использование библиотеки HAL_DAC

В сгенерированном проекте в файле main.c должна быть функция Crypto_Init, в которой будут заданы настройки для крипто-блока. Выглядит она так:

static void Crypto_Init(void)
{
    hcrypto.Instance = CRYPTO;

    hcrypto.Algorithm = CRYPTO_ALG_KUZNECHIK;
    hcrypto.CipherMode = CRYPTO_CIPHER_MODE_ECB;
    hcrypto.SwapMode = CRYPTO_SWAP_MODE_NONE; 
    hcrypto.OrderMode = CRYPTO_ORDER_MODE_MSW;

    HAL_Crypto_Init(&hcrypto);
}

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:

void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInit = {0};
    RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};

    RCC_OscInit.OscillatorEnable = RCC_OSCILLATORTYPE_OSC32K | RCC_OSCILLATORTYPE_OSC32M;   
    RCC_OscInit.OscillatorSystem = RCC_OSCILLATORTYPE_OSC32M;                          
    RCC_OscInit.AHBDivider = 0;                             
    RCC_OscInit.APBMDivider = 0;                             
    RCC_OscInit.APBPDivider = 0;                             
    RCC_OscInit.HSI32MCalibrationValue = 0;                  
    RCC_OscInit.LSI32KCalibrationValue = 0;
    HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInit);

    PeriphClkInit.PMClockAHB = PMCLOCKAHB_DEFAULT | PM_CLOCK_CRYPTO_M;    
    PeriphClkInit.PMClockAPB_M = PMCLOCKAPB_M_DEFAULT | PM_CLOCK_WU_M | PM_CLOCK_PAD_CONFIG_M;     
    PeriphClkInit.PMClockAPB_P = PMCLOCKAPB_P_DEFAULT | PM_CLOCK_UART_0_M; 
    PeriphClkInit.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_NO_CLK;
    PeriphClkInit.RTCClockCPUSelection = RCC_RTCCLKCPUSOURCE_NO_CLK;
    HAL_RCC_ClockConfig(&PeriphClkInit);
}

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. В начале main.c можно видеть объявление структуры с набором настроек для крипто-блока, которую использует функция инициализации Crypto_Init.

Crypto_HandleTypeDef hcrypto;

void SystemClock_Config(void);
static void Crypto_Init(void);

Создадим два глобальных массива для ключа и вектора инициализации. Количество элементов массива можно задать с помощью макросов CRYPTO_KEY_KUZNECHIK (количество слов в ключе для алгоритма кузнечик) и IV_LENGTH_KUZNECHIK (количество слов в векторе инициализации).

uint32_t crypto_key[CRYPTO_KEY_KUZNECHIK] = {0x8899aabb, 0xccddeeff, 0x00112233, 0x44556677, 0xfedcba98, 0x76543210, 0x01234567, 0x89abcdef};
uint32_t init_vector[IV_LENGTH_KUZNECHIK] = {0x00000000, 0x00000000, 0x00000000, 0x00000000};

В функции main после функции инициализации Crypto_Init запишем ключ в регистр KEY с помощью функции HAL_Crypto_SetKey.

Теперь напишем функции для зашифровки и расшифровки данных в режиме шифрования ECB - kuznechik_ECB_code и kuznechik_CTR_decode соответственно.

В функции kuznechik_ECB_code будет три массива данных:

• plain_text - незашифрованные данные;
• expect_cipher_text - зашифрованные данные, которые ожидается получить;
• cipher_text - полученные зашифрованные данные.

Кроме этого нам понадобится функция HAL_Crypto_Encode для зашифровки данных. После этого поочередно выведем каждый из массивов в UART. После этого проведем сравнение полученных данных и ожидаемых.

Функция kuznechik_ECB_code

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 expect_cipher_text[] = {
                                        0x7f679d90, 0xbebc2430, 0x5a468d42, 0xb9d4edcd, 
                                        0xb429912c, 0x6e0032f9, 0x285452d7, 0x6718d08b, 
                                        0xf0ca3354, 0x9d247cee, 0xf3f5a531, 0x3bd4b157, 
                                        0xd0b09ccd, 0xe830b9eb, 0x3a02c4c5, 0xaa8ada98
                                    };


    uint32_t plain_text_length = sizeof(plain_text)/sizeof(*plain_text);

    uint32_t cipher_text[plain_text_length];
    
    HAL_Crypto_Encode(&hcrypto, plain_text, cipher_text, plain_text_length); 

    xprintf("KEY ");
    for (uint32_t i = 0; i < CRYPTO_KEY_KUZNECHIK; 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");

    uint8_t error = 0;
    for (uint32_t i = 0; i < plain_text_length; i++)
    {
        if (expect_cipher_text[i] != cipher_text[i])
        {
            error = 1;
        }  
    }
    if (error)
    {
        xprintf("Error\n");
    }
    else
    {
        xprintf("Matched\n");
    }
    
}