SHA256 安全散列算法加速器实验

news2024/10/6 16:22:02

1、SHA256 介绍

SHA256 加速器是用来计算 SHA-256 的计算单元， SHA256 是 SHA-2 下细分出的一种算法。

SHA-2 名称来自于安全散列算法 2 （英语： Secure Hash Algorithm 2 ）的缩写，一种密码散列函

数算法标准，由美国国家安全局研发，由美国国家标准与技术研究院（ NIST ）在 2001 年发布。

属于 SHA 算法之一，是 SHA-1 的后继者。其下又可再分为六个不同的算法标准，包括了：

SHA-224 、 SHA-256 、 SHA-384 、 SHA-512 、 SHA-512/224 、 SHA-512/256 。这些变体除了生成摘要的长度、循环运行的次数等一些细微差异之外，基本结构是一致的。

简单来说，对于任何长度的消息， SHA256 都会产生一个 256bit 长的哈希值。

Kendryte K210 内置 SHA256 （安全散列算法加速器）功能包括：

1. 支持 SHA-256 的计算

2. 支持输入数据的 DMA 传输

Kendryte K210 官方 SDK 提供了 3 个操作 PWM 的函数，这些函数介绍如下：

sha256_init 函数：

该函数主要用于初始化 SHA256 加速器外设，该函数原型及参数描述如下所示：

void sha256_init(sha256_context_t *context, size_t input_len);
typedef struct _sha256_context
{
 size_t total_len;
 size_t buffer_len;
 union
 {
 uint32_t words[16];
 uint8_t bytes[64];
 } buffer;
} sha256_context_t;

sha256_update 函数：

该函数用于传入一个数据块参与 SHA256 Hash 计算，如下代码所示：

void sha256_update(sha256_context_t *context, const void *input, size_t
input_len);

该函数有三个参数，第一个参数为输入 SHA256 上下文对象，第二个参数为待加入计算的

SHA256 计算的数据块，第三个参数为对应数据块的长度。

sha256_final 函数：

该函数用于结束对数据的 SHA256 Hash 计算，如下代码所示：

void sha256_final(sha256_context_t *context, uint8_t *output);

函数共有两个参数，第一个参数为输入 SHA256 上下文对象，第二个参数为存放 SHA256 计算的结果的 buffer ，需保证传入这个 buffer 的大小为 32Bytes 以上。

sha256_hard_calculate 函数：

该函数用于一次性对连续的数据计算它的 SHA256 Hash ，如下代码所示：

void sha256_hard_calculate(const uint8_t *input, size_t input_len, uint8_t
*output);

该函数有三个参数，第一、第二参数用于输入待 SHA256 计算的数据和数据的长度，第三

个参数为存放 SHA256 计算的结果的 buffer ，需保证传入这个 buffer 的大小为 32Bytes 以上。

2、源码案例

main.c 如下所示：

uint8_t hash[SHA256_HASH_LEN];
uint8_t compare1[] = {0xba, 0x78, 0x16, 0xbf, 0x8f, 0x01, 0xcf, 0xea, 0x41, 0x41,
0x40, 0xde, 0x5d, 0xae, 0x22, 0x23,
 0xb0, 0x03, 0x61, 0xa3, 0x96, 0x17, 0x7a, 0x9c, 0xb4, 0x10,
0xff, 0x61, 0xf2, 0x00, 0x15, 0xad};
uint8_t compare2[] = {0x58, 0xbe, 0xb6, 0xbb, 0x9b, 0x80, 0xb2, 0x12, 0xc3, 0xdb,
0xc1, 0xc1, 0x02, 0x0c, 0x69, 0x6f,
 0xbf, 0xa3, 0xaa, 0xd8, 0xe8, 0xa4, 0xef, 0x4d, 0x38, 0x5e,
0x9b, 0x07, 0x32, 0xfc, 0x5d, 0x98};
uint8_t compare3[] = {0x6e, 0x65, 0xda, 0xd1, 0x7a, 0xa2, 0x3e, 0x72, 0x79, 0x8d,
0x50, 0x33, 0xa1, 0xae, 0xe5, 0x9e,
 0xe3, 0x35, 0x2d, 0x3c, 0x49, 0x6c, 0x18, 0xfb, 0x71, 0xe3,
0xa5, 0x37, 0x22, 0x11, 0xfc, 0x6c};
uint8_t compare4[] = {0xcd, 0xc7, 0x6e, 0x5c, 0x99, 0x14, 0xfb, 0x92, 0x81, 0xa1,
0xc7, 0xe2, 0x84, 0xd7, 0x3e, 0x67,
 0xf1, 0x80, 0x9a, 0x48, 0xa4, 0x97, 0x20, 0x0e, 0x04, 0x6d,
0x39, 0xcc, 0xc7, 0x11, 0x2c, 0xd0};
uint8_t data_buf[1000*1000];
int main(void)
{
 uint64_t cycle;
 uint8_t total_check_tag = 0;
 
 uint32_t i;
 printf("\n");
 cycle = read_cycle();
 sha256_hard_calculate((uint8_t *)"abc", 3, hash);
 for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
 {
 if (hash[i] != compare1[i])
     total_check_tag = 1;
 printf("%02x", hash[i++]);
 if (!(i % 4))
 printf(" ");
 }
 printf("\n");
 sha256_hard_calculate((uint8_t
*)"abcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghij", 60, hash);
 for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
 {
 if (hash[i] != compare2[i])
 total_check_tag = 1;
 printf("%02x", hash[i++]);
 if (!(i % 4))
 printf(" ");
 }
 printf("\n");
 
 sha256_hard_calculate((uint8_t
*)"abcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefgha", 65, hash);
 for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
 {
 if (hash[i] != compare3[i])
 total_check_tag = 1;
 printf("%02x", hash[i++]);
 if (!(i % 4))
 printf(" ");
 }
 printf("\n");
 
 memset(data_buf, 'a', sizeof(data_buf));
 sha256_hard_calculate(data_buf, sizeof(data_buf), hash);
 for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
 {
 if (hash[i] != compare4[i])
 total_check_tag = 1;
 printf("%02x", hash[i++]);
 if (!(i % 4))
 printf(" ");
 }
     printf("\n");
     sha256_context_t context;
     sha256_init(&context, sizeof(data_buf));
     sha256_update(&context, data_buf, 1111);
     sha256_update(&context, data_buf + 1111, sizeof(data_buf) - 1111);
     sha256_final(&context, hash);
 for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
 {
     if (hash[i] != compare4[i])
         total_check_tag = 1;
     printf("%02x", hash[i++]);
     if (!(i % 4))
         printf(" ");
 }
 printf("\n");
 cycle = read_cycle() - cycle;
 if (total_check_tag == 1)
     printf("\nSHA256_TEST _TEST_FAIL_\n");
 else
    printf("\nSHA256_TEST _TEST_PASS_\n");
 printf("\nsha256 test time = %ld ms\n",
cycle/(sysctl_clock_get_freq(SYSCTL_CLOCK_CPU)/1000));
 while(1);
 return 0;
}

可以看到，mian 函数首先计算‘ abc ’的哈希值，并将计算的值通过串口打印输出，接着

计算字符串“ abcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghij ”的哈希值，然后同样

将计算的值打印出来，然后计算字符串“ abcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabc

defghabcdefgha ”的哈希值并打印输出，接着计算多个字符‘ a ’和分块计算多个字符‘ a ’的哈

希值，然后通过串口打印输出。

至此，该函数总共输出 5 个不同的消息经过 SHA256 算法计算后得到的、各为 32 字节长度

的哈希值。