信息安全：AES算法简介

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随着信息安全重视程度的提高，车载MCU级芯片，也在不断地将信息安全算法硬件化，以便于加速信息安全的处理速度。信息安全的算法很多。从大类上说，可分为对称算法和非对称算法。

非对称算法有ECC（Elliptic Curve Cryptography，椭圆曲线密码学）、RSA（Rivest-Shamir-Adleman）等；对称算法有AES（Advanced Encryption Standard，高级加密算法)等。

AES属于对称加密算法，即：加密和解密过程，使用相同的密钥操作，示意如下：

在AES算法处理中，需要将明文分组，且每组长度固定为16 byte。而密钥可以选择128 bit、192 bit以及256bit。工程中，常用128bit（16 byte）。

选择AES密钥长度不同，加密轮数不同，即：加密函数调用的次数不同，如下所示：

（一）AES密钥模式

使用AES算法加密时，可以使用不同的加密模式。AES加密模式包括：ECB（电码本模式）、CBC（密码分组链接模式）、CFB（密码反馈模式）、OFB（输出反馈模式）、CTR（计算器模式）。

其中，工程上常使用ECB和CBC模式，ECB模式只需要输入密钥即可，而CBC模式，除了输入密钥以外，还需要输入密钥初始值。

（二）AES填充模式

由于AES算法采用对称分组密码体制，因此，在AES进行数据加密前，需要将明文拆分成固定长度块（16 byte）。如果输入的明文数据长度不是16byte怎么办呢？答：进行填充处理，以此确保每组数据块的长度为16 byte。

常见的填充模式如下：

如果填充方式选择None，则明文和密文长度相等；如果填充模式使用非None模式，明文和密文的长度不同。

（一）AES在线计算

在信息安全开发过程中，有时为了验证开发功能是否正确，需要对算法计算结果进行比对。可以通过在线计算方式，比对MCU计算结果，在线计算示例如下：

提示：对于车载MCU开发，原始明文一般以16进制的形式表示。

AES在线计算网址链接：

https://the-x.cn/cryptography/Aes.aspx

（二）基于Tc3xx的AES128硬件计算性能测试

1、CBC模式测试

基于Tc3xx，使用AES128 CBC模式，填充：None。对32字节明文进行加密、解密操作。

进行10次测试，测试结果如下所示：

如上图，可以得出如下结论：

• AES128 CBC模式，加密速度比解密速度慢

• AES128 CBC模式，加密或者解密32字节用时约5ms，这里的5ms并不能表示硬件的真实计算性能，本文测试中，Host端的计算请求和结果接收放在5ms Task中调度（为了更贴近工程做法），实际的计算能力要远高如上的量化。

提示：本文测试没有考虑5ms调度的影响，对于32 byte数据量，计算速度应该在us级别。

2、ECB模式测试

基于Tc3xx，使用AES128 ECB模式，填充：None。对32字节明文进行加密、解密操作。

进行10次测试，测试结果如下所示：

如上图，可以得出如下结论：

• AES128 ECB模式，加密速度比解密速度慢；

• AES128 ECB模式，加密或者解密32字节用时约5ms，这里的5ms并不能表示硬件的真实计算性能，本文测试中，Host端的计算请求和结果接收放在5ms Task中调度，实际的计算能力要远高如上的量化。

如果想测试出真实的AES性能，Host与HSM两端使用中断方式通知更合适，且测试数据量需要更大一些，本文仅作抛砖引玉。