STM32上可用的的国密算法

发表于 更新于

STM32上可用的SM2、SM3、SM4国密算法

本文详细介绍了在STM32平台上实现国密算法SM2、SM3、SM4的方法，包括代码示例和关键步骤解析，适用于嵌入式安全应用。

概述

国密算法是中国自主研发的商用密码算法，包括SM2（椭圆曲线公钥密码算法）、SM3（密码杂凑算法）和SM4（分组密码算法）。在嵌入式设备上实现这些算法需要考虑资源限制和性能要求。

SM2算法实现

SM2算法基于椭圆曲线密码学，涉及复杂的数理计算，需要数学运算库支持。在STM32上实现主要有两种方法：移植OpenSSL或MIRACL库，或使用硬件加密芯片。

本文采用移植MIRACL库的方式实现，编译所需文件为lib库，在工程中引用。

核心代码结构

主要文件包括：

  • sm2.c - SM2算法主实现文件
  • sm2.h - SM2算法头文件
  • miracl.h - MIRACL库头文件
  • mirdef.h - MIRACL编译器/硬件定义

关键功能函数

  1. 密钥生成 - sm2_keygen()

    • 生成SM2公私钥对
    • 公钥包含X、Y坐标，私钥为32字节

  2. 加密函数 - sm2_encrypt()

    • 使用公钥加密数据
    • 输出密文长度为明文长度 + 96字节

  3. 解密函数 - sm2_decrypt()

    • 使用私钥解密数据
    • 输出明文长度为密文长度 - 96字节

  4. 密钥派生函数 - kdf()

    • 用于密钥派生计算

编译配置

mirdef.h文件需要针对STM32平台进行配置：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
#define MIRACL 32
#define MR_LITTLE_ENDIAN
#define mr_utype int
#define MR_IBITS 32
#define mr_dltype __int64
#define mr_unsign32 unsigned int
#define mr_unsign64 unsigned __int64
#define MAXBASE ((mr_small)1<<(MIRACL-1))
#define MR_STATIC 20
#define MR_GENERIC_MT
#define MR_NOASM

预编译库

提供直接编译好的lib库，下载地址：https://download.csdn.net/download/weixin_44522056/12483974

SM3算法实现

SM3是密码杂凑算法，输出为256位哈希值。

核心代码结构

  • sm3.c - SM3算法实现
  • sm3.h - SM3算法头文件

算法特点

  1. 消息填充 - 支持任意长度消息
  2. 压缩函数 - 64轮迭代处理
  3. 常量定义 - 使用固定初始值和常量

主要函数

  • SM3Calc() - 主计算函数
  • SM3Init() - 初始化上下文
  • SM3ProcessMessageBlock() - 处理消息块

SM4算法实现

SM4是分组密码算法，分组长度128位，密钥长度128位。

核心代码结构

  • sm4.c - SM4算法实现
  • sm4.h - SM4算法头文件

工作模式

  1. ECB模式 - 电子密码本模式
  2. CBC模式 - 密码分组链接模式
  3. PKCS7填充 - 支持数据填充

关键函数

  1. 基础加解密

    • sm4_crypt_ecb_old() - ECB模式基础加解密
    • sm4_crypt_cbc_old() - CBC模式基础加解密

  2. 带填充的加解密

    • sm4_crypt_ecb() - ECB模式 + PKCS7填充
    • sm4_crypt_cbc() - CBC模式 + PKCS7填充

算法参数

  • S盒：8位输入到8位输出的非线性变换
  • 轮密钥：32个32位轮密钥
  • 固定参数：FK和CK常量

使用注意事项

  1. 内存管理 - 嵌入式环境需注意内存分配和释放
  2. 随机数生成 - SM2需要可靠的随机数源
  3. 性能优化 - 根据具体STM32型号调整算法实现
  4. 安全性 - 确保密钥的安全存储和管理

测试验证

提供测试函数验证算法正确性：

  • SM2加解密测试
  • SM3哈希计算测试
  • SM4加解密测试

总结

本文提供了在STM32平台上实现国密算法的完整方案，包括SM2、SM3、SM4的C语言实现代码。这些实现经过优化，适合嵌入式环境使用，可直接集成到STM32项目中。

代码中可能存在未测试到的边界情况，欢迎在实际使用中发现并反馈问题，共同完善这些实现。