MOD8ID 加密芯片的 AES-GCM 模式使用

news2024/11/19 14:34:17

一：什么是 AES-GCM 加密？

AES-GCM是一种高级加密标准（AES）的加密模式，同时使用加密和身份验证（AEAD）功能。它使用加密算法AES和Galois Counter Mode（GCM）计数器模式，以实现高效的加密和身份验证，同时提供保密性、完整性和认证性。AES-GCM的加密和身份验证是同时进行的。它采用一种称为“GHASH”的Galois域上的乘法操作来计算消息的身份验证标记（MAC），并使用一个称为“CTR”的计数器模式来加密消息。下面是AES-GCM的详细流程：

分离密钥和初始向量：AES-GCM使用128位的AES加密算法，因此密钥长度为128位、192位或256位。另外，它需要一个唯一的初始向量（IV）来确保每次加密都是不同的。IV的长度可以是96位或更大，基本上96位足够了。
初始化计数器：计数器是一个值，用于在加密和身份验证期间迭代生成密钥流，以加密和解密消息。在AES-GCM中，计数器使用CTR模式初始化。CTR模式是一种流式加密模式，它将计数器的值作为输入，并使用AES算法来生成密钥流。在AES-GCM中，计数器被初始化为IV的值。
生成密钥流：使用AES算法生成密钥流。对于每个64位的密钥流块，计数器值将递增，以产生不同的密钥流块。
加密明文：使用异或操作将明文和生成的密钥流块混合在一起，以生成密文。加密的过程是逐个字节进行的。
计算身份验证标记（MAC）：使用一个称为GHASH的算法来计算MAC。GHASH是一种基于Galois域的算法，用于计算消息的身份验证标记。它将消息划分为64位块，并使用乘法和异或操作将它们混合在一起，最终生成一个128位的MAC。
生成完整的密文：将密文和MAC组合在一起，以生成完整的密文。
解密：使用相同的密钥、IV和MAC密钥流，使用异或操作对密文进行解密。
验证MAC：使用相同的密钥、IV和明文，重新计算MAC，并将计算出的MAC与原始MAC进行比较。如果MAC匹配，则说明密文未被篡改。

二：AES-GCM 加密流程：

加密流程图

三：MOD8ID加密芯片的的 AES-GCM 加密使用示例：

MOD8ID是模微半导体推出的一款基于硬件安全引擎的加密芯片。它提供了一个安全的存储和运行环境，以及许多加密和认证功能，也包括AES-GCM加密和认证。MOD8ID确保了AES-GCM加密的密钥安全和算法安全。

AES-GCM是一种广泛使用的加密模式，它提供了高强度的数据加密和完整性保护。MOD8ID提供了硬件加速的AES-GCM实现，可以在芯片上执行快速且安全的加密和认证操作，从而提供更高的安全性和性能。基于MOD8ID可以实现许多安全应用程序，例如物联网设备、智能家居、医疗保健等等。这些应用程序通常需要处理敏感数据，例如个人身份信息、医疗记录等等。使用MOD8ID，这些数据可以被安全地加密和认证，从而保护用户的隐私和安全。

以下是基于MOD8ID的AES-GCM示例，

示例演示实现了基于MOD8ID芯片的加密和解密操作，并验证了解密数据的完整性和身份验证标记。

函数流程如下：

生成128字节的随机明文数据，并打印输出。
使用随机生成的IV和密钥对明文进行加密，得到密文和身份验证标记，并打印输出。
使用相同的密钥和IV对密文进行解密，得到解密后的明文和身份验证标记，并打印输出。
验证解密的身份验证标记是否与加密时计算的身份验证标记匹配。
比较原始明文数据和解密后的明文数据是否匹配，如果匹配则返回真，否则返回假。

其中，mod8_generate_random函数用于生成演示用随机明文数据，mod8_encrypt_data和mod8_decrypt_data函数分别用于加密和解密数据

// MODSEMI  MOD8ID for AES-GCM test function
bool mod8_test_enc_dec()
{

    //Generate random 128 byte plain text for encryption  
    for (int idx = 0; idx < 4; idx++)
    {
        if (!mod8_generate_random(_gDevice,plaintext + (idx * 32)))
        {
            printf( "Random data generation fail\r\n");
            return false;
        }
    }
    printf( "Plain text : ");
    for (int i = 0; i < 128; i++)
    {
        printf( "%02X", plaintext[i]);
    }
    printf( "\r\n");

    // Encrypt data by MOD8ID
    if (!mod8_encrypt_data(MSE_TEMPKEY_KEYID, plaintext, 128, cipherText, authTag, NULL, iv))
    {
        printf( "Encryption failed\r\n");
        return false;
    }

    printf( "IV : ");
    for (int i = 0; i < (AES_IV_LENGTH); i++)
    {
        printf( "%02X", iv[i]);
    }
    printf( "\n Cipher text : \n");
    for (int i = 0; i < 128; i++)
    {
        printf( "%02X", cipherText[i]);
    }
    printf( "\n Auth tag : \n");
    for (int i = 0; i < AES_AUTH_TAG_SIZE; i++)
    {
        printf( "%02X", authTag[i]);
    }

    // Decrypt data by MOD8ID
    if (!mod8_decrypt_data(MSE_TEMPKEY_KEYID, cipherText, 128, iv, authTag, decryptedText, &isVerified))
    {
        printf( "\n Decryption failed \r");
        return false;
    }

    printf( "\n Decrypted data : ");
    for (int i = 0; i < 128; i++)
    {
        printf( "%02X", decryptedText[i]);
    }

    if (isVerified == false)
    {
        printf( "\nDecryption authentication failed \r\n");
    }
    else
    {
        printf( "Decrypted data authenticated\r\n");
    }

    //Check if the plain text and decrypted texts match
    if (memcmp(plaintext, decryptedText, 128) == 0)
    {
        printf( "Decrypted text matches plain text\r\n");
        return true;
    }
    return false;
}

流程图如下：