嵌入式系统对称加密算法

Question

我正在寻找加密字节数组的推荐和一些参考代码，使用C语言实现。问题在于我必须适应1KByte内存并与其他例程一起运行，而MCU仅为8MHz。因此，大小和速度是关键。我已经检查了Rijndael算法，但对于我的MCU来说拥有巨大的表格。基本上，我将在PC上加密intel hex格式，可能仅限于数据区域，然后在MCU中解密。

使用动态内存分配例程不可取。

我的谷歌搜索结果都是C#实现，使用库。

更新：

解密方面的限制：

RAM: 512 byte
MAX code size: 512-1024 words
CPU: 8 bit, 8MHz

- Pablo

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你想使用 XOR 吗？这在多态恶意软件加密中更常见。这只是一个想法！ - Grijesh Chauhan

@GrijeshChauhan：除非您将其用作一次性密码本，否则XOR不是加密方法。 - Kris

表格通常不是问题，只要它们包含常量。常量可以存储在持久性存储器（ROM、EEPROM、Flash）中，而不是RAM中。唯一需要存储在RAM中的部分是状态。在密码学中不存在所谓的“十六进制格式”，只有二进制数据。十六进制（十进制）是使用[标签：编码]将该二进制数据表示为字符的表示形式。看起来像是吹毛求疵，但如果你没有正确理解这一点，你就会遇到麻烦。 - Maarten Bodewes

@owlstead：原始数据是以Intel HEX格式存储的，因此我必须读取数据区域，将其转换为字节数组，执行编码，将其放回到Intel HEX格式中，调整校验和并发送到设备引导加载程序。因此，我只会加密/解密数据块。这应该可以提供一些错误检查，并且在数据块损坏的情况下，我可以重新传输数据。设备缓冲区（RAM）不太大，无法一次性容纳所有数据。但我对任何其他方法都持开放态度。 - Pablo

没问题。解码十六进制，加密，重新编码为十六进制，都可以。对称加密不关心格式，它操作的是二进制数据，并返回二进制数据。编码/解码不在密码算法的范围内。 - Maarten Bodewes

Answer 1

我在嵌入式领域看到过一种非常简单的加密算法，它叫做XXTEA

- sellibitze

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我刚刚尝试了XXTEA，看起来非常快速和小巧。如果没有更好的选择，我会选择它并接受这个答案。 - Pablo

我在引导加载程序中使用了XTEA（XXTEA的前身），它非常易于实现，速度快且占用空间小。对于廉价产品来说，XTEA / XXTEA应该足够安全。我可以推荐它。 - jeb

Answer 2

所有Rijndael中的表都被定义为GF2中的简单操作。因此，我倾向于说可以在1k中编写例如128位AES。

另请参见：https://electronics.stackexchange.com/questions/13275/smallest-aes-implementation-for-microcontrollers 但是，任何选择的算法在安全性方面都是一个次要因素，例如，如果密钥与二进制文件一起分发。在这种情况下，揭示原始二进制文件的最简单机制是通过模拟器运行代码并存储内存。

- Aki Suihkonen

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+1 给链接和建议。密钥并未分发，而是存储在设备的引导程序中，很难破解（但有可能）。解密应该从引导程序中运行。 - Pablo

Answer 3

看看我修改过的XTEA版本，我称之为Simple Tea：

#include <avr/io.h>
#include "simple_tea.h"

uint8_t secret_data[] = {0xFE, 0x67};
SimpleTEA<sizeof(secret_data) / 2> tea;

int main()
{

    unsigned int rounds{16};
    uint8_t key[] = {0x45, 0x74, 0x32, 0x11, 0x98, 0x94, 0xAB, 0xCF, 0x90, 0xAE, 0xBA, 0xDC, 0x06, 0x16, 0x81, 0x95};

    secret_data[0] = PINB;
    tea.encrypt(rounds, secret_data, key);
    if (secret_data[0] & (PINB))
    {
        PORTC = 0x05;
    }
    secret_data[1] = PINB & (1 << 2);
    tea.decrypt(rounds, secret_data, key);
    if (secret_data[0] & (PINB))
    {
        PORTC = 0x50;
    }
}

在AVR上生成不到250字节的操作码（这里的if只是为了避免编译器完全优化掉encrypt和decrypt）：

➜  Encryption git:(master) ✗ avr-gcc -std=c++17  -Os -mmcu=atmega328p  main.cpp -o main
➜  Encryption git:(master) ✗ avr-size main                                             
   text    data     bss     dec     hex filename
    214       2       1     217      d9 main
➜  Encryption git:(master) ✗ avr-nm --size-sort -C -r --radix=d main
00000044 T main
00000022 T __do_copy_data
00000016 T __do_clear_bss
00000002 D secret_data
00000001 B tea

- Mihai Galos

Answer 4

我已经了解到椭圆曲线加密（ECC）是旨在为微型处理器提供强大加密的新技术。

通过谷歌搜索：
椭圆曲线加密 微控制器
可以看到讨论8位微控制器实现的内容排在榜首。

但也许考虑转到Stack Exchange。例如，这可能会有所帮助：

Stack Exchange Crypto - Types of Cryptography for a 4-8 bit microcontroller

- jdr5ca

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你不会单独使用ECC进行加密。您将其与对称加密一起用作密钥交换机制。OP没有表明他需要非对称性。 - CodesInChaos