Шифрование и расшифровка данных: различия между версиями

Материал из MIK32 микроконтроллер
(Новая страница: «В примере будет зашифрованы и расшифрованы данные алгоритмом кузнечик. Данный процесс б...»)
 
 
(не показано 36 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|Настройки крипто-блока в конфигураторе]]
[[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 таймера в конфигураторе должны выглядеть как на рисунке.  
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 HAL_DAC ==
== 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 35: Строка 36:
}
}
</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">
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);
}
</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.

Рисунок 2 - 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 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.

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.

Функция kuznechik_CBC_decode для расшифровки.

функция main.

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.

Функция kuznechik_CTR_decode.

Функция main.

Рисунок 5 - вывод в UART. CTR

Вывод в UART изображен на рисунке 5.