《DNK210使用指南 -SDK版 V1.0》第二十八章安全散列算法加速器

正点原子 · 发表于昨天 09:40

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第二十八章安全散列算法加速器实验

   本章将介绍Kendryte K210的SHA模块的使用，通过SHA256算法实验帮助读者了解SHA256相关知识。通过本章的学习，读者将会对Kendryte K210内置的硬件SHA256模块有初步认知和应用能力。
   本章分为如下几个小节：
   28.1 SHA256介绍
   28.2 硬件设计
   28.3 程序设计
   28.4 运行验证

   28.1 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：

   1，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;

复制代码

   函数共有两个参数，第一个参数为输入SHA256上下文对象，第二个参数为待计算SHA256 hash的消息的长度。

   2，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);

复制代码

   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。

   3，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);

复制代码

   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。

   4，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);

复制代码

   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。

   28.2 硬件设计

   28.2.1 例程功能

   1. 该程序将分别对5组不同的字符串数据应用SHA256算法生成摘要信息，进而产生各自的256位长度哈希值。

   28.2.2 硬件资源

   1.USB接口
      UARTHS_TX – IO5
      UARTHS_RX – IO4

   28.2.3 原理图
   本章实验内容，主要讲解SHA256模块的使用，无需关注原理图。

   28.3 程序设计

   28.3.1 main.c代码
   本章例程均来自官方SDK的DEMO，本章仅简单介绍下maic.c文件部分函数的功能，代码如下所示：

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 != compare1)
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 != compare2)
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 != compare3)
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 != compare4)
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 != compare4)
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;
}

复制代码

   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“abcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefgha”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。

   28.4 运行验证
   将DNK210开发板连接到电脑主机，通过VSCode将固件烧录到开发板中，我们打开“串口终端”，可以看到串口中断不断的打印数据，如下图所示：