1.1 Ucryptolib 模块API手册
前言
概述
本文档主要介绍 CanMV 项目中加解密算法库-ucryptolib。
读者对象
本文档（本指南）主要适用于以下人员：
- 技术支持工程师
- 软件开发工程师
缩略词定义
| 简称 | 说明 |
|---|---|
| AES | Advanced Encryption Standard |
| GCM | Galois/Counter Mode |
修订记录
| 文档版本号 | 修改说明 | 修改者 | 日期 |
|---|---|---|---|
| V1.0 | 初版 | 杨帆 | 2023-09-15 |
| V1.1 | 修改示例程序，新增使用指南 | 杨帆 | 2023-10-10 |
| V1.2 | 增加 AES-ECB/CBC/CTR 软件源生实现 | 杨帆 | 2023-10-13 |
1. 概述
Ucryptolib 库提供了 AES-ECB/CBC/CTR、AES-GCM、SM4 加解密功能。其中，AES-ECB/CBC/CTR 三种模式是由 micropython 的软件源生实现，AES-GCM 和 SM4 由底层硬件加速器进行加速。
注意：本文档不会介绍 AES-ECB/CBC/CTR 三种模式的加解密详细步骤，具体请参考 micropython cryptolib官方文档
2. API描述
Ucryptolib 库提供了两个类，分别是 aes 和 sm4，它们分别实现了两个函数，加密 encrypt() 和解密 decrypt()。
2.1 类 aes
【描述】
类 aes 用于初始化一个 AES-GCM 国际加解密对象，从而完成加密/解密操作。同时，在 AES-GCM 加解密算法中，初始化时必须输入 key、mode、IV 和 AAD。
注意：初始化后，加解密对象只能用于加密或解密操作，不允许创建一个密码对象同时用于加密、解密操作
【语法】
ucryptolib.aes((key, mode, IV, AAD))
【参数】
| 参数名称 | 描述 | 输入/输出 |
|---|---|---|
| key | 加解密密钥，支持的密钥长度为 256 bits | 输入 |
| mode | 加解密模式，支持的加解密模式为 AES-GCM，这里设置 mode=0 即可 | 输入 |
| IV | 初始化向量，支持的 IV 长度为 12 bytes | 输入 |
| AAD | 附加数据 | 输入 |
【返回值】
| 返回值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 成功 |
| 非 0 | 失败 |
【注意】
无
【举例】
/**********encrypt************/
key = b'\x24\x50\x1a\xd3\x84\xe4\x73\x96\x3d\x47\x6e\xdc\xfe\x08\x20\x52\x37\xac\xfd\x49\xb5\xb8\xf3\x38\x57\xf8\x11\x4e\x86\x3f\xec\x7f'
iv = b'\x9f\xf1\x85\x63\xb9\x78\xec\x28\x1b\x3f\x27\x94'
aad = b'\xad\xb5\xec\x72\x0c\xcf\x98\x98\x50\x00\x28\xbf\x34\xaf\xcc\xbc\xac\xa1\x26\xef'
pt = b'\x27'
crypto = ucryptolib.aes(key, 0, iv, aad)
inbuf = pt
outbuf = bytearray(17)
crypto.encrypt(inbuf, outbuf)
/**********decrypt************/
ct = b'\xeb'
tag = b'\x63\x35\xe1\xd4\x9e\x89\x88\xea\xc4\x8e\x42\x19\x4e\x5f\x56\xdb'
crypto = ucryptolib.aes(key, 0, iv, aad)
inbuf = ct + tag
outbuf = bytearray(1)
crypto.decrypt(inbuf, outbuf)
【相关主题】
无
2.1.1 加密函数 encrypt()
【描述】
对输入数据进行加密运算。输入数据存放在 inbuf 中，加密结果将存储到输出缓冲区 outbuf 中，如果：
- 没有给定 outbuf，加密函数 encrypt() 将返回一个 bytes 类型的对象；
- 如果给定 outbuf 且 outbuf = inbuf，数据将被就地加密。
【语法】
crypto.encrypt(inbuf[, outbuf])
【参数】
| 参数名称 | 描述 | 输入/输出 |
|---|---|---|
| inbuf | 输入缓冲区，存放待加密的明文数据 | 输入 |
| outbuf(可选) | 输出缓冲区，存放加密完成的密文数据 | 输入 |
【返回值】
| 返回值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 成功 |
| 非 0 | 失败 |
【注意】
加密后返回的数据(密文数据)格式为：密文 + TAG，TAG 长度固定为 16 bytes。
【举例】
无
【相关主题】
无
2.1.2 解密函数 decrypt()
【描述】
对输入数据进行解密运算。输入数据存放在 inbuf 中，解密结果将存储到输出缓冲区 outbuf 中，如果：
- 没有给定 outbuf，解密函数 decrypt() 将返回一个 bytes 类型的对象；
- 如果给定 outbuf 且 outbuf = inbuf，数据将被就地解密。
【语法】
crypto.decrypt(inbuf[, outbuf])
【参数】
| 参数名称 | 描述 | 输入/输出 |
|---|---|---|
| inbuf | 输入缓冲区，存放待解密的密文数据 | 输入 |
| outbuf(可选) | 输出缓冲区，存放解密完成的明文数据 | 输入 |
【返回值】
| 返回值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 成功 |
| 非 0 | 失败 |
【注意】
解密后返回的数据(明文数据)格式为：明文。
【举例】
无
【相关主题】
无
2.2 类 sm4
【描述】
类 sm4 用于初始化一个国密加解密对象，从而完成加密/解密操作。
注意：初始化后，加解密对象只能用于加密或解密操作，不允许创建一个密码对象同时用于加密、解密操作
【语法】
ucryptolib.sm4((key, mode[, IV]))
【参数】
| 参数名称 | 描述 | 输入/输出 |
|---|---|---|
| key | 加解密密钥，支持的密钥长度为 128 bits | 输入 |
| mode | 加解密模式，支持的模式有 ecb/cbc/cfb/ofb/ctr，mode 分别为 1/2/3/5/6 | 输入 |
| IV(可选) | 初始化向量，支持的 IV 长度为 20 bytes | 输入 |
【返回值】
| 返回值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 成功 |
| 非 0 | 失败 |
【注意】
无
【举例】
/**********encrypt************/
key = b'\x01\x23\x45\x67\x89\xab\xcd\xef\xfe\xdc\xba\x98\x76\x54\x32\x10'
iv = b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b\x0c\x0d\x0e\x0f'
pt = b'\xaa\xaa\xaa\xaa\xbb\xbb\xbb\xbb\xcc\xcc\xcc\xcc\xdd\xdd\xdd\xdd\xee\xee\xee\xee\xff\xff\xff\xff\xaa\xaa\xaa\xaa\xbb\xbb\xbb\xbb'
crypto = ucryptolib.sm4(key, 2, iv)
inbuf = pt
outbuf = bytearray(32)
crypto.encrypt(inbuf, outbuf)
/**********decrypt************/
ct = b'\x78\xeb\xb1\x1c\xc4\x0b\x0a\x48\x31\x2a\xae\xb2\x04\x02\x44\xcb\x4c\xb7\x01\x69\x51\x90\x92\x26\x97\x9b\x0d\x15\xdc\x6a\x8f\x6d'
crypto = ucryptolib.sm4(key, 2, iv)
inbuf = ct
outbuf = bytearray(32)
crypto.decrypt(inbuf, outbuf)
【相关主题】
无
2.2.1 加密函数 encrypt()
【描述】
对输入数据进行加密运算。输入数据存放在 inbuf 中，加密结果将存储到输出缓冲区 outbuf 中，如果：
- 没有给定 outbuf，加密函数 encrypt() 将返回一个 bytes 类型的对象；
- 如果给定 outbuf 且 outbuf = inbuf，数据将被就地加密。
【语法】
crypto.encrypt(inbuf[, outbuf])
【参数】
| 参数名称 | 描述 | 输入/输出 |
|---|---|---|
| inbuf | 输入缓冲区，存放待加密的明文数据 | 输入 |
| outbuf(可选) | 输出缓冲区，存放加密完成的密文数据 | 输入 |
【返回值】
| 返回值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 成功 |
| 非 0 | 失败 |
【注意】
无
【举例】
无
【相关主题】
无
2.2.2 解密函数 decrypt()
【描述】
对输入数据进行解密运算。输入数据存放在 inbuf 中，解密结果将存储到输出缓冲区 outbuf 中，如果：
- 没有给定 outbuf，解密函数 decrypt() 将返回一个 bytes 类型的对象；
- 如果给定 outbuf 且 outbuf = inbuf，数据将被就地解密。
【语法】
crypto.decrypt(inbuf[, outbuf])
【参数】
| 参数名称 | 描述 | 输入/输出 |
|---|---|---|
| inbuf | 输入缓冲区，存放待解密的密文数据 | 输入 |
| outbuf(可选) | 输出缓冲区，存放解密完成的明文数据 | 输入 |
【返回值】
| 返回值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 成功 |
| 非 0 | 失败 |
【注意】
无
【举例】
无
【相关主题】
无
3. 示例程序
3.1 aes 加解密
/********** AES-GCM encrypt ************/
import ucryptolib
# key(256 bytes)
key = b'\x24\x50\x1a\xd3\x84\xe4\x73\x96\x3d\x47\x6e\xdc\xfe\x08\x20\x52\x37\xac\xfd\x49\xb5\xb8\xf3\x38\x57\xf8\x11\x4e\x86\x3f\xec\x7f'
# iv(12 bytes)
iv = b'\x9f\xf1\x85\x63\xb9\x78\xec\x28\x1b\x3f\x27\x94'
# aad(20 bytes)
aad = b'\xad\xb5\xec\x72\x0c\xcf\x98\x98\x50\x00\x28\xbf\x34\xaf\xcc\xbc\xac\xa1\x26\xef'
# plaintext(51 bytes)
pt = b'\x27\xf3\x48\xf9\xcd\xc0\xc5\xbd\x5e\x66\xb1\xcc\xb6\x3a\xd9\x20\xff\x22\x19\xd1\x4e\x8d\x63\x1b\x38\x72\x26\x5c\xf1\x17\xee\x86\x75\x7a\xcc\xb1\x58\xbd\x9a\xbb\x38\x68\xfd\xc0\xd0\xb0\x74\xb5\xf0\x1b\x2c'
ct = b'\xeb\x7c\xb7\x54\xc8\x24\xe8\xd9\x6f\x7c\x6d\x9b\x76\xc7\xd2\x6f\xb8\x74\xff\xbf\x1d\x65\xc6\xf6\x4a\x69\x8d\x83\x9b\x0b\x06\x14\x5d\xae\x82\x05\x7a\xd5\x59\x94\xcf\x59\xad\x7f\x67\xc0\xfa\x5e\x85\xfa\xb8'
tag = b'\xbc\x95\xc5\x32\xfe\xcc\x59\x4c\x36\xd1\x55\x02\x86\xa7\xa3\xf0'
# init cipher object(aes-gcm)
crypto = ucryptolib.aes(key, 0, iv, aad)
inbuf = pt
# outbuf = ciphertext + tag
outbuf = bytearray(67)
crypto.encrypt(inbuf, outbuf).hex(' ')
/********** AES-GCM decrypt ************/
crypto = ucryptolib.aes(key, 0, iv, aad)
# ciphertext + tag
inbuf = ct + tag
outbuf = bytearray(51)
crypto.decrypt(inbuf, outbuf).hex(' ')
3.2 sm4 加解密
import ucryptolib
/********** SM4-ECB encrypt ************/
# key(128 bits)
key = b'\x01\x23\x45\x67\x89\xab\xcd\xef\xfe\xdc\xba\x98\x76\x54\x32\x10'
iv = b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b\x0c\x0d\x0e\x0f'
# plaintext(32 bytes)
pt = b'\xaa\xaa\xaa\xaa\xbb\xbb\xbb\xbb\xcc\xcc\xcc\xcc\xdd\xdd\xdd\xdd\xee\xee\xee\xee\xff\xff\xff\xff\xaa\xaa\xaa\xaa\xbb\xbb\xbb\xbb'
ct = b'\x5e\xc8\x14\x3d\xe5\x09\xcf\xf7\xb5\x17\x9f\x8f\x47\x4b\x86\x19\x2f\x1d\x30\x5a\x7f\xb1\x7d\xf9\x85\xf8\x1c\x84\x82\x19\x23\x04'
# init cipher object(sm4-ebc)
crypto = ucryptolib.sm4(key, 1)
inbuf = pt
outbuf = bytearray(32)
crypto.encrypt(inbuf, outbuf).hex(' ')
/********** SM4-EBC decrypt ************/
# init cipher object(aes-ebc)
crypto = ucryptolib.sm4(key, 1)
inbuf = ct
outbuf = bytearray(32)
crypto.decrypt(inbuf, outbuf).hex(' ')
4. 使用指南
截止到当前版本，ucryptolib 库已经测试了下列 case。测试程序参考 ./tests/cipher/cipher.py，启动 canmv 开发板，进入 REPL 之后，通过命令 import sdcard.app.tests.cipher.cipher 可直接运行测试 demo。
| 类 | 方法 | 测试 case | 测试结果 |
|---|---|---|---|
| aes-gcm | encrypt / decrypt | ivlen=12, ptlen=0, aadlen=0 | pass |
| ivlen=12, ptlen=1, aadlen=20 | pass | ||
| ivlen=12, ptlen=51, aadlen=0 | pass | ||
| ivlen=12, ptlen=51, aadlen=20 | pass | ||
| sm4-ecb | encrypt / decrypt | keybits=128, ptlen=32 | pass |
| sm4-cbc | encrypt / decrypt | keybits=128, ivlen=16, ptlen=32 | pass |
| sm4-cfb | encrypt / decrypt | keybits=128, ivlen=16, ptlen=32 | pass |
| sm4-ofb | encrypt / decrypt | keybits=128, ivlen=16, ptlen=32 | pass |
| sm4-ctr | encrypt / decrypt | keybits=128, ivlen=16, ptlen=64 | pass |