STM32利用AES加密数据、解密数据
AES加密在线工具
https://lzltool.com/AES
一、头文件
#ifndef __BSP_MCU_CRYPTOGRAPHY_H__ #define __BSP_MCU_CRYPTOGRAPHY_H__#include <stdint.h> #include <stdbool.h>typedef int int32_t;/*===============================AES加密、解密相关定义 start========================================*/ // 以bit为单位的密钥长度，只能为 128，192 和 256 三种 #define AES_KEY_LENGTH 128// 加解密模式 #define AES_MODE_ECB 0 // 电子密码本模式（一般模式） #define AES_MODE_CBC 1 // 密码分组链接模式 #define AES_MODE AES_MODE_CBC// 函数名： aes_init // 描述： 初始化，在此执行扩展密钥操作。 // 输入参数： pKey -- 原始密钥，其长度必须为 AES_KEY_LENGTH/8 字节。 // 输出参数： 无。 // 返回值： 无。 /// void aes_init(const void *pKey);// // 函数名： aes_encrypt // 描述： 加密数据 // 输入参数： pPlainText -- 明文，即需加密的数据，其长度为nDataLen字节。 // nDataLen -- 数据长度，以字节为单位，必须为AES_KEY_LENGTH/8的整倍数。 // pIV -- 初始化向量，如果使用ECB模式，可设为NULL。 // 输出参数： pCipherText -- 密文，即由明文加密后的数据，可以与pPlainText相同。 // 返回值： 无。 // void aes_encrypt(const unsigned char *pPlainText, unsigned char *pCipherText, unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV);// // 函数名： aes_decrypt // 描述： 解密数据 // 输入参数： pCipherText -- 密文，即需解密的数据，其长度为nDataLen字节。 // nDataLen -- 数据长度，以字节为单位，必须为AES_KEY_LENGTH/8的整倍数。 // pIV -- 初始化向量，如果使用ECB模式，可设为NULL。 // 输出参数： pPlainText -- 明文，即由密文解密后的数据，可以与pCipherText相同。 // 返回值： 无。 // void aes_decrypt( const unsigned char *pCipherText,unsigned char *pPlainText,unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV);/*===============================AES加密、解密相关定义 end========================================*/ /*用法示例： AES加密在线工具：https://lzltool.com/AES 使用注意点： 1、AES_KEY_LENGTH取值只能是128，192 和 256 2、密钥和向量表长度为AES_KEY_LENGTH/8个字节 3、加密、解密数据长度为AES_KEY_LENGTH/8的整数倍字节 u8 buf[16],saveBuf[16],descryptBuf[16];u16 i;unsigned char AES128key[16] = "123456789abcdefa";//秘钥unsigned char AES_IV[16]= "0102030405123456";//向量表delay_init(168); //初始化延时函数LED_Init(); //初始化LED端口aes_init(AES128key);//AES初始化for(i=0;i<sizeof(buf);i++){buf[i]=i;}while(1){aes_encrypt(buf,saveBuf,sizeof(buf), AES_IV);aes_decrypt(saveBuf,descryptBuf, sizeof(buf), AES_IV);delay_ms(500); //延时300ms} */ /*===============================MD5相关定义 end========================================*/#endif //__BSP_MCU_CRYPTOGRAPHY_H__
二、源文件
#include "cryptography/mcu_cryptography.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <main.h>
#include <stm32f407xx.h>
//#include <stm32f410tx.h>/*===============================AES加密、解密接口实现 start========================================*/
typedef unsigned char BOOL;#define Nk (AES_KEY_LENGTH / 32) // 以“字”（4字节）为单位的密钥长度
#define Nb 4 // 以“字”（4字节）为单位的加解密数据块大小，固定为4// Nr：加密的轮数
#if AES_KEY_LENGTH == 128#define Nr 10
#elif AES_KEY_LENGTH == 192#define Nr 12
#elif AES_KEY_LENGTH == 256#define Nr 14
#else#error AES_KEY_LENGTH must be 128, 192 or 256 BOOLs!
#endif// GF(28) 多项式
#define BPOLY 0x1B // Lower 8 BOOLs of (x^8 + x^4 + x^3 + x + 1), ie. (x^4 + x^3 + x + 1)./*****************************************************************************
* Typedef Enum 枚举定义
*****************************************************************************//*****************************************************************************
* Struct 数据结构定义
******************************************************************************//*****************************************************************************
* Local variable 局部变量
*****************************************************************************/// AES子密钥表，当密钥长度为128位时，占用176字节空间
static unsigned char g_roundKeyTable[4*Nb*(Nr+1)];// 加密用的SBox
static const unsigned char sBox[256] =
{0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16
};// 解密用的SBox
static const unsigned char invSBox[256] =
{0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb,0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e,0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92,0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84,0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b,0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73,0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b,0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4,0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef,0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d
};///
// 函数名： rotation_word
// 描述： 对一个“字”数据进行循环右移。
// 输入参数： pWord -- 要右移的4字节数据。
// 输出参数： pWord -- 右移后的4字节数据。
// 返回值： 无。
///
static void rotation_word(unsigned char *pWord)
{unsigned char temp = pWord[0];pWord[0] = pWord[1];pWord[1] = pWord[2];pWord[2] = pWord[3];pWord[3] = temp;
}///
// 函数名： xor_bytes
// 描述： 批量异或两组数据。
// 输入参数： pData1 -- 要异或的第一组数据。
// pData1 -- 要异或的第二组数据。
// nCount -- 要异或的数据长度。
// 输出参数： pData1 -- 异或后的结果。
// 返回值： 无。
///
static void xor_bytes(unsigned char *pData1, const unsigned char *pData2, unsigned char nCount)
{unsigned char i;for (i = 0; i < nCount; i++){pData1[i] ^= pData2[i];}
}///
// 函数名： AddRoundKey
// 描述： 把 中间状态数据 加上（异或）子密钥，数据长度为16字节。
// 输入参数： pState -- 状态数据。
// pRoundKey -- 子密钥数据。
// 输出参数： pState -- 加上子密钥后的状态数据。
// 返回值： 无。
///
// static void AddRoundKey(unsigned char *pState, const unsigned char *pRoundKey)
// {
// xor_bytes(pState, pRoundKey, 4*Nb);
// }// AddRoundKey的宏形式，比函数形式可以节省4字节的data数据
#define AddRoundKey(pState, pRoundKey) \xor_bytes((pState), (pRoundKey), 4*Nb)///
// 函数名： sub_bytes
// 描述： 通过S盒子置换状态数据。
// 输入参数： pState -- 状态数据。
// nCount -- 状态数据长度。
// bInvert -- 是否使用反向S盒子（解密时使用）。
// 输出参数： pState -- 置换后的状态数据。
// 返回值： 无。
///
static void sub_bytes(unsigned char *pState, unsigned char nCount, BOOL bInvert)
{unsigned char i;const unsigned char *pSBox = bInvert ? invSBox : sBox;for (i = 0; i < nCount; i++){pState[i] = pSBox[pState[i]];}
}///
// 函数名： shift_rows
// 描述： 把状态数据移行。
// 输入参数： pState -- 状态数据。
// bInvert -- 是否反向移行（解密时使用）。
// 输出参数： pState -- 移行后的状态数据。
// 返回值： 无。
///
static void shift_rows(unsigned char *pState, BOOL bInvert)
{// 注意：状态数据以列形式存放！unsigned char r; // row， 行unsigned char c; // column，列unsigned char temp;unsigned char rowData[4];for (r = 1; r < 4; r++){// 备份一行数据for (c = 0; c < 4; c++){rowData[c] = pState[r + 4*c];}temp = bInvert ? (4 - r) : r;for (c = 0; c < 4; c++){pState[r + 4*c] = rowData[(c + temp) % 4];}}
}///
// 函数名： gf_mult_by02
// 描述： 在GF(28)域的 乘2 运算。
// 输入参数： num -- 乘数。
// 输出参数： 无。
// 返回值： num乘以2的结果。
///
static unsigned char gf_mult_by02(unsigned char num)
{if ((num & 0x80) == 0){num = num << 1;}else{num = (num << 1) ^ BPOLY;}return num;
}///
// 函数名： mix_columns
// 描述： 混合状态各列数据。
// 输入参数： pState -- 状态数据。
// bInvert -- 是否反向混合（解密时使用）。
// 输出参数： pState -- 混合列后的状态数据。
// 返回值： 无。
///
static void mix_columns(unsigned char *pState, BOOL bInvert)
{unsigned char i;unsigned char temp;unsigned char a0Pa2_M4; // 4(a0 + a2)unsigned char a1Pa3_M4; // 4(a1 + a3)unsigned char result[4];for (i = 0; i < 4; i++, pState += 4){// b0 = 2a0 + 3a1 + a2 + a3 // = (a0 + a1 + a2 + a3) + 2(a0 + a1) + a0temp = pState[0] ^ pState[1] ^ pState[2] ^ pState[3];result[0] = temp ^ pState[0] ^ gf_mult_by02((unsigned char) (pState[0] ^ pState[1]));result[1] = temp ^ pState[1] ^ gf_mult_by02((unsigned char) (pState[1] ^ pState[2]));result[2] = temp ^ pState[2] ^ gf_mult_by02((unsigned char) (pState[2] ^ pState[3]));result[3] = temp ^ pState[3] ^ gf_mult_by02((unsigned char) (pState[3] ^ pState[0]));if (bInvert){// b0' = 14a0 + 11a1 + 13a2 + 9a3 // = (a0 + a1 + a2 + a3) + 2(a0 + a1) + a0 （这部分为b0）// + 2(4(a0 + a2) + 4(a1 + a3))// + 4(a0 + a2)a0Pa2_M4 = gf_mult_by02(gf_mult_by02((unsigned char) (pState[0] ^ pState[2])));a1Pa3_M4 = gf_mult_by02(gf_mult_by02((unsigned char) (pState[1] ^ pState[3])));temp = gf_mult_by02((unsigned char) (a0Pa2_M4 ^ a1Pa3_M4));result[0] ^= temp ^ a0Pa2_M4;result[1] ^= temp ^ a1Pa3_M4;result[2] ^= temp ^ a0Pa2_M4;result[3] ^= temp ^ a1Pa3_M4;}memcpy(pState, result, 4);}
}///
// 函数名： block_encrypt
// 描述： 对单块数据加密。
// 输入参数： pState -- 状态数据。
// 输出参数： pState -- 加密后的状态数据。
// 返回值： 无。
///
static void block_encrypt(unsigned char *pState)
{unsigned char i;AddRoundKey(pState, g_roundKeyTable);for (i = 1; i <= Nr; i++) // i = [1, Nr]{sub_bytes(pState, 4*Nb, 0);shift_rows(pState, 0);if (i != Nr){mix_columns(pState, 0);}AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*i]);}// 为了节省代码，合并到循化执行
// sub_bytes(pState, 4*Nb);
// shift_rows(pState, 0);
// AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*Nr]);
}///
// 函数名： block_decrypt
// 描述： 对单块数据解密。
// 输入参数： pState -- 状态数据。
// 输出参数： pState -- 解密后的状态数据。
// 返回值： 无。
///
static void block_decrypt(unsigned char *pState)
{unsigned char i;AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*Nr]);for (i = Nr; i > 0; i--) // i = [Nr, 1]{shift_rows(pState, 1);sub_bytes(pState, 4*Nb, 1);AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*(i-1)]);if (i != 1){mix_columns(pState, 1);}}// 为了节省代码，合并到循化执行
// shift_rows(pState, 1);
// sub_bytes(pState, 4*Nb, 1);
// AddRoundKey(pState, g_roundKeyTable);
}/*****************************************************************************
* Global Functions 全局函数
******************************************************************************////
// 函数名： aes_init
// 描述： 初始化，在此执行扩展密钥操作。
// 输入参数： pKey -- 原始密钥，其长度必须为 AES_KEY_LENGTH/8 字节。
// 输出参数： 无。
// 返回值： 无。
///
void aes_init(const void *pKey)
{// 扩展密钥unsigned char i;unsigned char *pRoundKey;unsigned char Rcon[4] = {0x01, 0x00, 0x00, 0x00};memcpy(g_roundKeyTable, pKey, 4*Nk);pRoundKey = &g_roundKeyTable[4*Nk];for (i = Nk; i < Nb*(Nr+1); pRoundKey += 4, i++){memcpy(pRoundKey, pRoundKey - 4, 4);if (i % Nk == 0){rotation_word(pRoundKey);sub_bytes(pRoundKey, 4, 0);xor_bytes(pRoundKey, Rcon, 4);Rcon[0] = gf_mult_by02(Rcon[0]);}else if (Nk > 6 && i % Nk == Nb){sub_bytes(pRoundKey, 4, 0);}xor_bytes(pRoundKey, pRoundKey - 4*Nk, 4);}
}//
// 函数名： aes_encrypt
// 描述： 加密数据
// 输入参数： pPlainText -- 明文，即需加密的数据，其长度为nDataLen字节。
// nDataLen -- 数据长度，以字节为单位，必须为AES_KEY_LENGTH/8的整倍数。
// pIV -- 初始化向量，如果使用ECB模式，可设为NULL。
// 输出参数： pCipherText -- 密文，即由明文加密后的数据，可以与pPlainText相同。
// 返回值： 无。
//
void aes_encrypt(const unsigned char *pPlainText, unsigned char *pCipherText, unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV)
{unsigned int i;if (pPlainText != pCipherText){memcpy(pCipherText, pPlainText, nDataLen);}for (i = nDataLen/(4*Nb); i > 0 ; i--, pCipherText += 4*Nb){#if AES_MODE == AES_MODE_CBCxor_bytes(pCipherText, pIV, 4*Nb);#endifblock_encrypt(pCipherText);pIV = pCipherText;}
}//
// 函数名： aes_decrypt
// 描述： 解密数据
// 输入参数： pCipherText -- 密文，即需解密的数据，其长度为nDataLen字节。
// nDataLen -- 数据长度，以字节为单位，必须为AES_KEY_LENGTH/8的整倍数。
// pIV -- 初始化向量，如果使用ECB模式，可设为NULL。
// 输出参数： pPlainText -- 明文，即由密文解密后的数据，可以与pCipherText相同。
// 返回值： 无。
//
void aes_decrypt( const unsigned char *pCipherText,unsigned char *pPlainText, unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV)
{unsigned int i;if (pPlainText != pCipherText){memcpy(pPlainText, pCipherText, nDataLen);}// 从最后一块数据开始解密，这样不用开辟空间来保存IVpPlainText += nDataLen - 4*Nb;for (i = nDataLen/(4*Nb); i > 0 ; i--, pPlainText -= 4*Nb){block_decrypt(pPlainText);#if AES_MODE == AES_MODE_CBCif (i == 1){// 最后一块数据xor_bytes(pPlainText, pIV, 4*Nb);}else{xor_bytes(pPlainText, pPlainText - 4*Nb, 4*Nb);}#endif}
}
/*===============================AES加密、解密接口实现 end========================================*/三、使用
使用注意点：
1、AES_KEY_LENGTH取值只能是128，192 和 256
2、密钥和向量表长度为AES_KEY_LENGTH/8个字节
3、加密、解密数据长度为AES_KEY_LENGTH/8的整数倍字节
int main(void)
{ u8 buf[16],saveBuf[16],descryptBuf[16];u16 i;unsigned char AES128key[16] = "123456789abcdefa";//秘钥unsigned char AES_IV[16]= "0102030405123456";//向量表delay_init(168); //初始化延时函数LED_Init(); //初始化LED端口aes_init(AES128key);//AES初始化for(i=0;i<sizeof(buf);i++){buf[i]=i;}while(1){aes_encrypt(buf,saveBuf,sizeof(buf), AES_IV);aes_decrypt(saveBuf,descryptBuf, sizeof(buf), AES_IV);GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9); //LED0对应引脚GPIOF.9拉低，亮 等同LED0=0;GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10); //LED1对应引脚GPIOF.10拉高，灭 等同LED1=1;delay_ms(500); //延时300msGPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9); //LED0对应引脚GPIOF.0拉高，灭 等同LED0=1;GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10); //LED1对应引脚GPIOF.10拉低，亮 等同LED1=0;delay_ms(500); //延时300ms}
}