STM32平台C语言实现的AES-128加密算法详解

AES加密算法（高级加密标准）是一种广泛使用的对称密钥加密算法，能够有效保护数据的机密性。对称密钥加密是指加密和解密使用相同的密钥。AES加密算法由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年制定，以取代旧有的DES（数据加密标准）算法，被广泛认为是目前最安全的加密算法之一。 AES算法支持三种密钥长度：AES-128、AES-192和AES-256，分别使用128位、192位和256位密钥。AES-128是其中最为常见的，它提供了一个强健的安全级别，被广泛应用于各种软件和硬件加密场合。在本文件中，我们关注的是AES-128加密算法的C语言实现。 C语言是一种通用的编程语言，具有跨平台、执行效率高的特点，非常适合用来编写系统软件和嵌入式软件。在安全敏感的环境中，如STM32微控制器平台，使用C语言实现加密算法是常见的做法。 STM32是一系列基于ARM Cortex-M微控制器的产品系列，广泛应用于嵌入式系统中。这些平台对资源和性能的要求非常高，因此需要高效的加密算法实现来确保加密操作不会给系统带来过大的负担。 ECB（电子密码本模式）是AES算法的五种操作模式之一。虽然ECB模式由于其安全弱点（例如相同的明文块会被加密成相同的密文块）在某些场合并不推荐使用，但它的实现相对简单，对于理解AES的工作原理非常有帮助，因此经常用于教学和初步的加密演示。在ECB模式下，数据被分成块，并且每个块独立地进行加密。 本文件中的实现特别指出了ECB模式，说明这是一个教学或演示用途的简化版本。该实现的另一个特点是“方便移植”，意味着代码应该是高度模块化的，依赖关系清晰，方便在不同硬件和软件平台上部署，例如在其他具有C编译器支持的微控制器上。 根据文件信息，我们有两个文件：AES128.c和AES128.h。可以推断，AES128.c文件中包含AES-128加密算法的主体实现代码，而AES128.h文件可能包含实现该算法所需的数据结构、常量定义、函数声明等。在C语言中，头文件（.h）通常用于声明接口，源文件（.c）用于定义接口的实现细节。 实现AES加密算法的C语言代码通常涉及以下几个方面： 1. 密钥扩展（Key Expansion）：算法将用户提供的密钥转换为一系列轮密钥（Round Keys），用于每一轮的加密过程中。 2. 初始轮（Initial Round）：将初始轮密钥添加到原始数据块中。 3. 主循环（Main Rounds）：包括9轮、11轮或13轮，每轮均进行相同的四个步骤：SubBytes（字节替换）、ShiftRows（行移位）、MixColumns（列混淆）和AddRoundKey（轮密钥加）。 4. 最终轮（Final Round）：与主循环类似，但最后一轮不进行MixColumns步骤。 在C语言实现中，这些步骤通常会转换成一系列的函数调用，每个函数执行AES算法的一个子过程。编码时还需要特别注意内存的使用效率，以及避免诸如时间攻击和缓存攻击这类与加密有关的安全问题。 总之，本文件提供的AES-128加密算法的C语言实现是在STM32平台上进行过验证的，虽然使用的是ECB模式，但它可以作为学习和理解AES算法原理的良好范例。开发者可以以此为基础，进一步实现更为安全的加密模式，并适配到更多不同的硬件和软件环境中。