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開源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)--AES加密功能技術(shù)分享

jf_94171069 ? 來源:jf_94171069 ? 作者:jf_94171069 ? 2024-09-11 14:50 ? 次閱讀

一、AES加密功能物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中的應(yīng)用

AES加密功能在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上,這也增加了數(shù)據(jù)泄露和網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險。為了保護物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的安全,AES加密技術(shù)被廣泛應(yīng)用于以下幾個方面:

數(shù)據(jù)傳輸加密:物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以使用AES加密算法進行加密,確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被竊取或篡改。

身份驗證:AES加密技術(shù)可以用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的身份驗證過程,確保只有合法的設(shè)備可以接入物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

安全存儲:物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上存儲的數(shù)據(jù)可以使用AES加密算法進行加密,確保數(shù)據(jù)在設(shè)備丟失或被盜時不會被泄露。

總的來說,AES加密技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中的應(yīng)用可以提高設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全性,保護用戶的隱私和權(quán)益。

二、AES加密功能的行業(yè)知識介紹

1.AES加密算法定義

AES加密算法(Advanced Encryption Standard)是一種對稱加密算法,也稱為高級加密標準。它是由美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)于2001年發(fā)布,作為DES加密算法的替代方案。AES加密算法使用128位、192位或256位密鑰對數(shù)據(jù)進行加密和解密,具有高強度、高速度和易于實現(xiàn)等優(yōu)點。

2.AES加密算法的原理是什么?

密鑰擴展

根據(jù)AES密鑰長度進行密鑰擴展,生成多個輪密鑰。

初始輪

將明文數(shù)據(jù)分成128位塊,并與第一個輪密鑰進行異或操作。

多輪加密

重復(fù)進行多輪加密操作,每輪操作包括四個步驟:

字節(jié)替換:將每個字節(jié)映射到另一個字節(jié),使用S-Box進行替換。

行移位:對每個128位塊的行進行循環(huán)左移,第一行不移動,第二行左移1個字節(jié),第三行左移2個字節(jié),第四行左移3個字節(jié)。

列混淆:對每個128位塊的列進行混淆,使用固定矩陣進行乘法運算。

輪密鑰加:將每個128位塊與下一個輪密鑰進行異或操作。

最終輪

最后一輪加密后,將128位塊與最后一個輪密鑰進行異或操作。

輸出

輸出所有塊的加密結(jié)果作為密文。

3.AES加密算法的安全性如何?

密鑰長度

AES加密算法支持128位、192位和256位密鑰長度,密鑰長度越長,加密強度越高,可以有效抵御暴力破解和其他攻擊。

算法的強度

AES加密算法采用了高度復(fù)雜的算法,包括字節(jié)替換、行移位、列混淆等多重操作,使得攻擊者很難找到有效的攻擊路徑。

隨機性和擴散性

AES加密算法具有良好的隨機性和擴散性,能夠抵御差分密碼分析和其他密碼分析攻擊。

算法的公開性

AES加密算法是一種公開的加密算法,任何人都可以使用和實現(xiàn),這也促進了算法的安全性和可信度。

4.AES加密算法的優(yōu)點是什么?

安全性高

AES加密算法是一種安全性較高的加密算法,能夠有效抵御暴力破解和其他攻擊。

加密速度快

AES加密算法的加密速度相對較快,尤其是對于128位密鑰長度的加密,可以在硬件上實現(xiàn)高速加密。

硬件實現(xiàn)方便

由于AES加密算法采用了固定的算法結(jié)構(gòu),因此可以在硬件上實現(xiàn)高效加密。

兼容性好

AES加密算法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,許多軟件和硬件設(shè)備都支持該算法。

可擴展性強

AES加密算法的密鑰長度可選128位、192位和256位,可以根據(jù)安全需求選擇密鑰長度。

開放性好

AES加密算法是一種公開的加密算法,任何人都可以使用和實現(xiàn)。

5.AES加密算法的缺點是什么?

算法復(fù)雜度高

AES加密算法的加密過程需要進行多次復(fù)雜的操作,包括字節(jié)替換、行移位、列混淆等多重操作,因此算法復(fù)雜度較高。

密鑰管理困難

AES加密算法需要使用較長的密鑰長度,密鑰管理較為困難,需要特殊的管理措施來保證密鑰的安全性。

密文長度固定

AES加密算法的密文長度固定,無法根據(jù)明文長度動態(tài)調(diào)整,可能會對某些應(yīng)用場景造成限制。

密文塊的處理

由于AES加密算法是基于塊密碼算法,因此對于大文件的加密需要分塊處理,可能會導(dǎo)致加密速度變慢。

可重放攻擊

在某些情況下,攻擊者可以通過重放加密數(shù)據(jù)來實現(xiàn)攻擊,這是AES加密算法的一個安全漏洞。

三、AES加密功能的軟件設(shè)計方案

1.基于紅豆平臺AES加密源代碼的講解:

int dtu_aes_cipher_encrypt(AM_AES_CIPHER_T* paes)

加密,加密數(shù)據(jù)、參數(shù)的等內(nèi)容,在AM_AES_CIPHER_T結(jié)構(gòu)體中。

/**
  * Function    : am_aes_cipher_encrypt
  * Description : 
  * Input       : data     加密數(shù)據(jù)
  *               exdata   加密后的數(shù)據(jù)
  *               data_len 加密數(shù)據(jù)長度
  * Output      : 
  * Return      : 
  * Auther      : zhaoning
  * Others      : 
  **/
int am_aes_cipher_encrypt(AM_AES_CIPHER_T* paes)
{
    int ret = 0;
    mbedtls_cipher_context_t ctx = {0};
    const mbedtls_cipher_info_t* info = NULL;
    size_t ilen = 0;
    size_t olen = 0;
    size_t slen = 0;
    AM_AES_CIPHER_T* p_aes_cipher = NULL;

    p_aes_cipher = paes;

    if(NULL == paes->data || NULL == paes->exdata || NULL == paes->key || NULL == paes->iv || 0 == paes->data_len)
    {
        uprintf("%s[%d] params err", __FUNCTION__, __LINE__);
        return -1;
    }
    //初始化cipher結(jié)構(gòu)體
    mbedtls_cipher_init(&ctx);
    //獲取AES模式info
    info = mbedtls_cipher_info_from_type(p_aes_cipher->type);
    //設(shè)置cipher模式
    ret = mbedtls_cipher_setup(&ctx, info);
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] setup err", __FUNCTION__, __LINE__);
        goto exit;
    }
    //設(shè)置padding模式
    ret = mbedtls_cipher_set_padding_mode(&ctx, p_aes_cipher->padding); 
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] padding err", __FUNCTION__, __LINE__);
        goto exit;
    }
    //設(shè)置密鑰
//#ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE
//    uprintf("key:%s", dtu_file_ctx->format.key);
//#endif /* ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE.2023-12-21 15:36:29 by: zhaoning */
    ret = mbedtls_cipher_setkey(&ctx, p_aes_cipher->key, strlen((void*)p_aes_cipher->key) * 8, MBEDTLS_ENCRYPT); 
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] setkey err", __FUNCTION__, __LINE__);
        goto exit;
    }
    //設(shè)置初始化向量IV
//#ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE
//    uprintf("iv:%s", dtu_file_ctx->format.iv);
//#endif /* ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE.2023-12-21 15:36:33 by: zhaoning */
    ret = mbedtls_cipher_set_iv(&ctx, p_aes_cipher->iv, strlen((void*)p_aes_cipher->iv));
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] setiv err", __FUNCTION__, __LINE__);
        goto exit;
    }
    //更新輸入數(shù)據(jù),olen = format_size / 16
    ilen = p_aes_cipher->data_len;
    ret = mbedtls_cipher_update(&ctx, p_aes_cipher->data, ilen, p_aes_cipher->exdata, &olen);
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] update err", __FUNCTION__, __LINE__);
        goto exit;
    }
//#ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE
//    temp = malloc(encrypt_len * 2 + 1);
//    memset(temp, 0, encrypt_len * 2 + 1);
//    utils_hex2ascii_str(temp, (UINT8*)encrypt, olen);
//    uprintf("olen:%d", olen);
//    uprintf("after:%s", temp);
//    free(temp);
//#endif /* ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE.2023-12-25 15:00:02 by: zhaoning */
    //偏移olen = format_size / 16字節(jié),完成最后一個16字節(jié)計算
    slen = olen;
    //完成計算,olen = 16
    ret = mbedtls_cipher_finish(&ctx, (unsigned char*)(p_aes_cipher->exdata + slen), &olen);
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] finish err", __FUNCTION__, __LINE__);
        goto exit;
    }

    //打印加密后的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)為str后,使用uprintf輸出,輸出十六進制多回車換行
#if 0
    char* temp = NULL;
    UINT16 encrypt_len = 0;
    char arr_temp[33] = {0};
    UINT32 p_len = 0;
    
    encrypt_len = (data_len / 16 + 1) * 16;
    temp = malloc(encrypt_len * 2 + 1);
    p_len = encrypt_len / 16;
    if(NULL != temp)
    {
        memset(temp, 0, encrypt_len * 2 + 1);
        utils_hex2ascii_str(temp, (UINT8*)exdata, encrypt_len);
        uprintf("%s[%d] slen:%d olen:%d after encrypt len:%d", __FUNCTION__, __LINE__, slen, olen, encrypt_len);
        memset(arr_temp, 0, 17);
        for(UINT32 i = 0; i < p_len;i++)
        {
            memcpy(arr_temp, temp + 32 * i, 32);
            uprintf("%s", arr_temp);
        }
        free(temp);
    }
//    dtu_send_to_uart(encrypt, encrypt_len);
#endif /* ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE.2023-12-21 11:03:22 by: zhaoning */

exit:

    //釋放cipher結(jié)構(gòu)體
    mbedtls_cipher_free(&ctx);

    return ret;
}

int dtu_aes_cipher_decrypt(AM_AES_CIPHER_T* paes)

解密,解密數(shù)據(jù)、參數(shù)的等內(nèi)容,在AM_AES_CIPHER_T結(jié)構(gòu)體中。

/**
  * Function    : am_aes_cipher_decrypt
  * Description : 下行數(shù)據(jù)處理
  * Input       : 
  *               
  * Output      : 
  * Return      : 
  * Auther      : zhaoning
  * Others      : 
  **/
int am_aes_cipher_decrypt(AM_AES_CIPHER_T* paes)
{
    int ret = 0;
    mbedtls_cipher_context_t ctx = {0};
    const mbedtls_cipher_info_t* info = NULL;
    size_t olen = 0;
    size_t slen = 0;
    AM_AES_CIPHER_T* p_aes_cipher = NULL;

    p_aes_cipher = paes;

    if(NULL == paes->data || NULL == paes->exdata || NULL == paes->key || NULL == paes->iv || 0 == paes->data_len)
    {
        uprintf("%s[%d] params err", __FUNCTION__, __LINE__);
        return -1;
    }
    //初始化cipher結(jié)構(gòu)體
    mbedtls_cipher_init(&ctx);
    //獲取AES模式info
    info = mbedtls_cipher_info_from_type(p_aes_cipher->type);
    //設(shè)置cipher模式
    ret = mbedtls_cipher_setup(&ctx, info);
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] setup err", __FUNCTION__, __LINE__);
            goto exit;
    }
    //設(shè)置padding模式
    ret = mbedtls_cipher_set_padding_mode(&ctx, p_aes_cipher->padding); 
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] padding err", __FUNCTION__, __LINE__);
            goto exit;
    }
    //設(shè)置密鑰
    ret = mbedtls_cipher_setkey(&ctx, p_aes_cipher->key, strlen((void*)p_aes_cipher->key) * 8, MBEDTLS_DECRYPT); 
//    mbedtls_cipher_setkey(&ctx, (unsigned char*)"]4_PeXYZI_G2KyEf", 128, MBEDTLS_DECRYPT); 
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] setkey err", __FUNCTION__, __LINE__);
            goto exit;
    }
    //設(shè)置初始化向量IV
    ret = mbedtls_cipher_set_iv(&ctx, p_aes_cipher->iv, strlen((void*)p_aes_cipher->iv));
//    mbedtls_cipher_set_iv(&ctx, (unsigned char*)"-5A_#Xi-D1PpS_wD", 16);
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] setiv err", __FUNCTION__, __LINE__);
            goto exit;
    }
    //更新輸入數(shù)據(jù),olen = format_size / 16
    ret = mbedtls_cipher_update(&ctx, p_aes_cipher->data, p_aes_cipher->data_len, p_aes_cipher->exdata, &olen);
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] update err", __FUNCTION__, __LINE__);
            goto exit;
    }
#ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE
//    char* temp = NULL;
//    UINT16 dncrypt_len = 0;

//    temp = malloc(dncrypt_len * 2 + 1);
//    memset(temp, 0, dncrypt_len * 2 + 1);
//    utils_hex2ascii_str(temp, (UINT8*)data->message->payload, data->message->payloadlen);
//    
//    uprintf("dl:%s", temp);
//    free(temp);

//    uprintf("%s[%d] olen:%d before:%s", __FUNCTION__, __LINE__, olen, data->message->payload);
//    uprintf("%s[%d] after1:%s", __FUNCTION__, __LINE__, dncrypt);
#endif /* ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE.2023-12-25 15:00:02 by: zhaoning */
    //偏移olen = format_size / 16字節(jié),完成最后一個16字節(jié)計算
    slen = olen;
    //完成計算,olen = 16
    ret = mbedtls_cipher_finish(&ctx, (unsigned char*)(p_aes_cipher->exdata + slen), &olen);
    if(0 != ret)
    {
        uprintf("%s[%d] finish err", __FUNCTION__, __LINE__);
            goto exit;
    }
    //打印加密后的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)為str后,使用uprintf輸出,輸出十六進制多回車換行
//    uprintf("%s[%d] after2:%s", __FUNCTION__, __LINE__, dncrypt);
#ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE
//    char* temp = NULL;
//    temp = malloc((slen + olen) * 2 + 1);

//    if(NULL != temp)
//    {
//        memset(temp, 0, (slen + olen) * 2 + 1);
//        utils_hex2ascii_str(temp, (UINT8*)dncrypt, (slen + olen));
//        uprintf("%s[%d] slen:%d olen:%d after dncrypt len:%d", __FUNCTION__, __LINE__, slen, olen, dncrypt_len);

//        uprintf("%s[%d] after:%s", __FUNCTION__, __LINE__, temp);
//        free(temp);
//    }
#endif /* ifdef DTU_DATA_PRINTF_DATA_MODE.2023-12-21 11:03:22 by: zhaoning */

exit:

    //釋放cipher結(jié)構(gòu)體
    mbedtls_cipher_free(&ctx);

    return ret;
}

2.基于紅豆平臺調(diào)用AES加密組件的demo示例:

2.1 創(chuàng)建一個Demo

復(fù)制20.2_at_xtu示例工程,到同一個文件夾下,修改文件名為22.1_aes_cipher,如圖:

wKgaombhPcqAaYU8AADWKAIQpnE110.jpg

2.2 修改makefile

增加文件組件所在目錄頭文件路徑,和源文件路徑,以及一些宏定義,如圖:

wKgZombhPc2AXNW9AABC93Vxcxw573.jpg

2.3 增加頭文件

使用代碼編輯器,將新建的工程文件加入代碼編輯器中,打開main.c,修改main.c,加入am.h頭文件,如圖:

wKgZombhPc2ACtsxAAAgg45gHIM307.jpg

2.4 修改代碼

示例使用的是板載5x6卡,用戶的硬件可能是使用外置卡,或者是三合一全網(wǎng)通卡,因為硬件上三種卡使用的模組SIM接口不一樣(外置卡SIM1,5x6卡和三合一卡SIM2),所以,需要通過一個全局變量來制定SIM卡硬件接口。

在Phase2Inits_exit 調(diào)用文件組件提供的對外API,如圖:

wKgZombhPc6ALonrAAA1MXOeRug234.jpg

修改main函數(shù)中,實現(xiàn)加密解密API調(diào)用

wKgZombhPc-AJutpAAFa0KZsDXM335.jpg

2.5 編譯

SDK根目錄打開命令行,輸入命令.build.bat -l .amaziot_bloom_os_sdksamplelibraries22.1_aes_cipher

PS F:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A09_WIHT_NEWRF
λ .build.bat -l .amaziot_bloom_os_sdksamplelibraries22.1_aes_cipher
子目錄或文件 outbin 已經(jīng)存在。
子目錄或文件 buildmbedTLS 已經(jīng)存在。
子目錄或文件 buildobj 已經(jīng)存在。
gnumake: Entering directory `F:/3.asr-b/cat.1-asr1606/1.software/BLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A09_WIHT_NEWRF/amaziot_bloom_os_sdk/sample/libraries/22.1_aes_cipher'
armcc.exe -c  --cpu Cortex-R4 --no_unaligned_access -g -O2 --apcs /inter --diag_suppress 2084,1,2,177,188,223,550,1296,2795,6319,9931,9933 --diag_error=warning --gnu --thumb --loose_implicit_cast  -DDATA_COLLECTOR_IMPL -DISPT_OVER_SSP -DDIAG_SSP_DOUBLE_BUFFER_USE_DYNAMIC_ALLOCATION -DENV_XSCALE -DL1_DCXO_ENABLED -DLTE_HIGH_MOBILITY_OPTIMIZATION -DRUN_XIP_MODE -DCRANE_Z2 -DCA_LONG_IPC_MSG -DNEZHA3 -DNEZHA3_1826 -DUPGRADE_PLMS -DUPGRADE_PLMS_SR -DLTE_GSMMULTIBCCH -DGPLC_LTE_RSSI_SCAN -DL1V_NEW_RSSI -DUPGRADE_PLMS_3G -DUPGRADE_PLMS_L1 -DUPGRADE_FG_PLMS -DFG_PLMS_URR -DUPGRADE_L1A_FG_PLMS -DUPGRADE_PLMS_STAGE_2 -DUPGRADE_MBCCH -DMULTI_BCCH_READY_IND -DURR_MRAT_ICS_SEARCH -DUPGRADE_ICS -DMRAT_NAS -DUPGRADE_PLMS_SEARCH_API -DICS_MBCCH -DICS_MBCCH_2G_RSSI -DDIAG_NEWPP -DPHS_SW_DEMO -DPHS_SW_DEMO_TTC -DPHS_SW_DEMO_TTC_PM -DFULL_SYSTEM -D_DDR_INIT_ -D_TAVOR_HARBELL_ -DUPGRADE_ARBEL_PLATFORM -D_TAVOR_B0_SILICON_ -DTDL1C_SPY_ENABLE -DDLM_TAVOR -DTAVOR -DFLAVOR_DUALCORE -DDEBUG_D2_MOR_REG_RESEREVED_ENABLE -D_DIAG_USE_COMMSTACK_ -D_TAVOR_DIAG_ -DPM_DEBUG_MODE_ENABLED -DPM_D2FULL_MODE -DPM_EXT_DBG_INT_ARR -DFEATURE_WB_AMR_PS -DMACRO_FOR_LWG -DHL_LWG -DOPTIMIZE_FOR_2G_BCCH -DPLAT_TEST -D_FDI_USE_OSA_ -DPLAT_USE_THREADX -DLWIP_IPNETBUF_SUPPORT -DCRANE_MCU_DONGLE -DAT_OVER_UART -DPHS_SW_DEMO_TTC_PM -DUPGRADE_LTE_ONLY -DEXT_AT_MODEM_SUPPORT -DLTEONLY_THIN_SINGLE_SIM -DLFS_FILE_SYS -DLFS_FILE_SYS_V2 -DPSM_ENABLE -DNO_PAHO_MQTT -DNO_XML -DNO_LWM2M -DREMOVE_MBEDTLS -DNO_AT_NET -DCRANE_SD_NOT_SUPPORT -DNTP -DYMODEM_EEH_DUMP -DENABLE_DM_LTEONLY -DLTEONLY_THIN -DNO_EXTEND_MY_Q_AT -DNOT_SUPPORT_HTTPS -DNOT_SUPPORT_PM813 -DCRANEL_4MRAM -DREMOVE_PB -DUART_NEW_VERSION -DREMOVE_MEP -DREMOVE_SMS -DREMOVE_ENVSIM -DAPN_INCODE -DLTEONLY_THIN_SINGLE_SIM_2MFLASH -DASR160X_OPENCPU_FEATURE -DENABLE_UART3_FEATRUE -DENABLE_UART4_FEATRUE -DYUGE_MBEDTLS_3_2_1 -DENABLE_MAC_TX_DATA_LOGGING -DDISABLE_NVRAM_ACCESS -DINTEL_UPGRADE_EE_HANDLER_SUPPORT -DLTE_W_PS -DL1_DUAL_MODE 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|RW_CPZ_3|ITCM    |7e3dac00.8007d28c.0000f51c.80074000|0000f51c->0000a000
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|                                                     |       2.058(MB) ->  1.313(MB)|
|------------------------------------------------------------------------------------|
cp_1606L.axf
cp_1606L.bin
cp_1606L.map
gnumake: Leaving directory `F:/3.asr-b/cat.1-asr1606/1.software/BLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A09_WIHT_NEWRF/amaziot_bloom_os_sdk/sample/libraries/22.1_aes_cipher'
"copy NEZHAC_CP_CNR_MIFI_TX.bin to ./ "

已復(fù)制         1 個文件。

2.6 生成固件

參考入門中開發(fā)工具,生成工具。

2.7 查看現(xiàn)象

固件下載到模組,設(shè)置參數(shù)連接服務(wù)器,發(fā)送透傳數(shù)據(jù),查看服務(wù)器數(shù)據(jù)是否按照配置上報。

配置為AT+FMCFG=1,上報為十六進制數(shù)據(jù)。配置AT+FMCFG=2,上報JSON數(shù)據(jù)(注意配置為2,只支持字符串透傳,十六進制盡量配置為1)

wKgaombhPdCAWrm5AABk-OlZIT8851.jpg

wKgZombhPdGAe7ppAABo3RHfm9s094.jpg

(如有侵權(quán),聯(lián)系刪除)

審核編輯 黃宇

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