STM32利用AES加密数据、解密数据数据结构与算法qq15181569的博客-

一、头文件

#ifndef _AES_H #define _AES_H // 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); #endif /* _AES_H */ 

二、源文件

#include "aes.h" #include "string.h" // 为了能针对C51进行优化，并且又使代码可用于ARM和PC等环境， // 在非C51环境（没有定义__C51__）下需要把C51特定的关键字定义为空 #ifndef __C51__ #define code #define data #define idata #define xdata #define pdata typedef unsigned char BOOL; #else typedef bit BOOL; #endif #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 xdata unsigned char g_roundKeyTable[4*Nb*(Nr+1)]; // 加密用的SBox static code 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 code 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 code *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) + a0    temp = 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_CBC xor_bytes(pCipherText, pIV, 4*Nb); #endif block_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IV  pPlainText += nDataLen - 4*Nb; for (i = nDataLen/(4*Nb); i > 0 ; i--, pPlainText -= 4*Nb) { block_decrypt(pPlainText); #if AES_MODE == AES_MODE_CBC if (i == 1) {// 最后一块数据 xor_bytes(pPlainText, pIV, 4*Nb); } else { xor_bytes(pPlainText, pPlainText - 4*Nb, 4*Nb); } #endif } } 

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300ms GPIO_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 } } 

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