基于STM32單片機的AES加密程序 aes.h

ID:1145470 · 發表于 2025-3-14 20:07

AES加密,實踐可用，配上解密包可解密。
aes.h文件

#ifndef _AES_H__
#define _AES_H__
// 以bit為單位的密鑰長度，只能為 128，192 和 256 三種
#define AES_KEY_LENGTH 128
// 加解密模式
#define AES_MODE_ECB 0 // 電子密碼本模式（一般模式）
#define AES_MODE_CBC 1 // 密碼分組鏈接模式
#define AES_MODE AES_MODE_CBC
///
// 函數名： aes_init
// 描述：初始化，在此執行擴展密鑰操作。
// 輸入參數： pKey -- 原始密鑰，其長度必須為 AES_KEY_LENGTH/8 字節。
// 輸出參數：無。
// 返回值：無。
///
void aes_init(const void *pKey);
int base64_encode( const unsigned char * bindata, char * base64, int binlength );
//
// 函數名： aes_encrypt
// 描述：加密數據
// 輸入參數： pPlainText -- 明文，即需加密的數據，其長度為nDataLen字節。
// nDataLen -- 數據長度，以字節為單位，必須為AES_KEY_LENGTH/8的整倍數。
// pIV -- 初始化向量，如果使用ECB模式，可設為NULL。
// 輸出參數： pCipherText -- 密文，即由明文加密后的數據，可以與pPlainText相同。
// 返回值：無。
//
void aes_encrypt(const unsigned char *pPlainText, unsigned char *pCipherText,
unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV);
//
// 函數名： aes_decrypt
// 描述：解密數據
// 輸入參數： pCipherText -- 密文，即需解密的數據，其長度為nDataLen字節。
// nDataLen -- 數據長度，以字節為單位，必須為AES_KEY_LENGTH/8的整倍數。
// pIV -- 初始化向量，如果使用ECB模式，可設為NULL。
// 輸出參數： pPlainText -- 明文，即由密文解密后的數據，可以與pCipherText相同。
// 返回值：無。
//
void aes_decrypt( const unsigned char *pCipherText,unsigned char *pPlainText,
unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV);
//char *encrypt(char *plain_data,char *test_key,char *test_iv);
char *encrypt(const char *plain_data, const char *test_key, const char *test_iv) ;
#endif

復制代碼

aes.c文件

#include "AES.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "stm32f10x.h"
#ifndef __C51__
#define code
#define data
#define idata
#define xdata
#define pdata
typedef unsigned char BOOL;
#else
typedef bit BOOL;
#endif
#define Nk (AES_KEY_LENGTH / 32) // 以“字”（4字節）為單位的密鑰長度
#define Nb 4 // 以“字”（4字節）為單位的加解密數據塊大小，固定為4
// Nr：加密的輪數
#if AES_KEY_LENGTH == 128
#define Nr 10
#elif AES_KEY_LENGTH == 192
#define Nr 12
#elif AES_KEY_LENGTH == 256
#define Nr 14
#else
#error AES_KEY_LENGTH must be 128, 192 or 256 BOOLs!
#endif
// GF(28) 多項式
#define BPOLY 0x1B //
/*****************************************************************************
* Typedef Enum 枚舉定義
*****************************************************************************/
/*****************************************************************************
* Struct 數據結構定義
******************************************************************************/
/*****************************************************************************
* Local variable 局部變量
*****************************************************************************/
const char * const base64char = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
const char padding_char = '=';
int base64_decode( const char * base64, unsigned char * bindata )
{
int i, j;
unsigned char k;
unsigned char temp[4];
for ( i = 0, j = 0; base64[i] != '\0' ; i += 4 )
{
memset( temp, 0xFF, sizeof(temp) );
for ( k = 0 ; k < 64 ; k ++ )
{
if ( base64char[k] == base64[i] )
temp[0] = k;
}
for ( k = 0 ; k < 64 ; k ++ )
{
if ( base64char[k] == base64[i + 1] )
temp[1] = k;
}
for ( k = 0 ; k < 64 ; k ++ )
{
if ( base64char[k] == base64[i + 2] )
temp[2] = k;
}
for ( k = 0 ; k < 64 ; k ++ )
{
if ( base64char[k] == base64[i + 3] )
temp[3] = k;
}
bindata[j++] = ((unsigned char)(((unsigned char)(temp[0] << 2)) & 0xFC)) |
((unsigned char)((unsigned char)(temp[1] >> 4) & 0x03));
if ( base64[i + 2] == '=' )
break;
bindata[j++] = ((unsigned char)(((unsigned char)(temp[1] << 4)) & 0xF0)) |
((unsigned char)((unsigned char)(temp[2] >> 2) & 0x0F));
if ( base64[i + 3] == '=' )
break;
bindata[j++] = ((unsigned char)(((unsigned char)(temp[2] << 6)) & 0xF0)) |
((unsigned char)(temp[3] & 0x3F));
}
return j;
}
int base64_encode(const unsigned char *sourcedata, char *base64, int datalength) {
int i = 0, j = 0;
unsigned char temp[3] = {0};
while (datalength > 2) {
temp[0] = sourcedata[j++];
temp[1] = sourcedata[j++];
temp[2] = sourcedata[j++];
base64[i++] = base64char[temp[0] >> 2];
base64[i++] = base64char[(temp[0] & 0x03) << 4 | temp[1] >> 4];
base64[i++] = base64char[(temp[1] & 0x0F) << 2 | temp[2] >> 6];
base64[i++] = base64char[temp[2] & 0x3F];
datalength -= 3;
}
if (datalength > 0) {
temp[0] = sourcedata[j++];
temp[1] = (datalength > 1) ? sourcedata[j++] : 0;
temp[2] = 0;
base64[i++] = base64char[temp[0] >> 2];
base64[i++] = base64char[(temp[0] & 0x03) << 4 | temp[1] >> 4];
if (datalength == 1) {
base64[i++] = padding_char;
} else {
base64[i++] = base64char[(temp[1] & 0x0F) << 2];
}
base64[i++] = padding_char;
}
base64[i] = '\0';
return i;
}
// AES子密鑰表，當密鑰長度為128位時，占用176字節空間
static xdata unsigned char g_roundKeyTable[4*Nb*(Nr+1)];
// 加密用的SBox
static code const unsigned char sBox[256] =
{
0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,
0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,
0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,
0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,
0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,
0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,
0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,
0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,
0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,
0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,
0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16
};
// 解密用的SBox
static code const unsigned char invSBox[256] =
{
0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,
0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb,
0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e,
0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,
0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92,
0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84,
0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,
0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b,
0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73,
0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,
0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b,
0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4,
0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,
0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef,
0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d
};
// 函數名： rotation_word
// 描述：對一個“字”數據進行循環右移。
// 輸入參數： pWord -- 要右移的4字節數據。
// 輸出參數： pWord -- 右移后的4字節數據。
// 返回值：無。
///
static void rotation_word(unsigned char *pWord)
{
unsigned char temp = pWord[0];
pWord[0] = pWord[1];
pWord[1] = pWord[2];
pWord[2] = pWord[3];
pWord[3] = temp;
}
// 函數名： xor_bytes
// 描述：批量異或兩組數據。
// 輸入參數： pData1 -- 要異或的第一組數據。
// pData1 -- 要異或的第二組數據。
// nCount -- 要異或的數據長度。
// 輸出參數： pData1 -- 異或后的結果。
// 返回值：無。
///
static void xor_bytes(unsigned char *pData1, const unsigned char *pData2, unsigned char nCount)
{
unsigned char i;
for (i = 0; i < nCount; i++)
{
pData1[i] ^= pData2[i];
}
}
#define AddRoundKey(pState, pRoundKey) \
xor_bytes((pState), (pRoundKey), 4*Nb)
// 函數名： sub_bytes
// 描述：通過S盒子置換狀態數據。
// 輸入參數： pState -- 狀態數據。
// nCount -- 狀態數據長度。
// bInvert -- 是否使用反向S盒子（解密時使用）。
// 輸出參數： pState -- 置換后的狀態數據。
// 返回值：無。
///
static void sub_bytes(unsigned char *pState, unsigned char nCount, BOOL bInvert)
{
unsigned char i;
const unsigned char code *pSBox = bInvert ? invSBox : sBox;
for (i = 0; i < nCount; i++)
{
pState[i] = pSBox[pState[i]];
}
}
// 函數名： shift_rows
// 描述：把狀態數據移行。
// 輸入參數： pState -- 狀態數據。
// bInvert -- 是否反向移行（解密時使用）。
// 輸出參數： pState -- 移行后的狀態數據。
// 返回值：無。
///
static void shift_rows(unsigned char *pState, BOOL bInvert)
{
// 注意：狀態數據以列形式存放！
unsigned char r; // row，行
unsigned char c; // column，列
unsigned char temp;
unsigned char rowData[4];
for (r = 1; r < 4; r++)
{
// 備份一行數據
for (c = 0; c < 4; c++)
{
rowData[c] = pState[r + 4*c];
}
temp = bInvert ? (4 - r) : r;
for (c = 0; c < 4; c++)
{
pState[r + 4*c] = rowData[(c + temp) % 4];
}
}
}
// 函數名： gf_mult_by02
// 描述：在GF(28)域的乘2 運算。
// 輸入參數： num -- 乘數。
// 輸出參數：無。
// 返回值： num乘以2的結果。
///
static unsigned char gf_mult_by02(unsigned char num)
{
if ((num & 0x80) == 0)
{
num = num << 1;
}
else
{
num = (num << 1) ^ BPOLY;
}
return num;
}
// 函數名： mix_columns
// 描述：混合狀態各列數據。
// 輸入參數： pState -- 狀態數據。
// bInvert -- 是否反向混合（解密時使用）。
// 輸出參數： pState -- 混合列后的狀態數據。
// 返回值：無。
///
static void mix_columns(unsigned char *pState, BOOL bInvert)
{
unsigned char i;
unsigned char temp;
unsigned char a0Pa2_M4; // 4(a0 + a2)
unsigned char a1Pa3_M4; // 4(a1 + a3)
unsigned char result[4];
for (i = 0; i < 4; i++, pState += 4)
{
temp = pState[0] ^ pState[1] ^ pState[2] ^ pState[3];
result[0] = temp ^ pState[0] ^ gf_mult_by02((unsigned char) (pState[0] ^ pState[1]));
result[1] = temp ^ pState[1] ^ gf_mult_by02((unsigned char) (pState[1] ^ pState[2]));
result[2] = temp ^ pState[2] ^ gf_mult_by02((unsigned char) (pState[2] ^ pState[3]));
result[3] = temp ^ pState[3] ^ gf_mult_by02((unsigned char) (pState[3] ^ pState[0]));
if (bInvert)
{
a0Pa2_M4 = gf_mult_by02(gf_mult_by02((unsigned char) (pState[0] ^ pState[2])));
a1Pa3_M4 = gf_mult_by02(gf_mult_by02((unsigned char) (pState[1] ^ pState[3])));
temp = gf_mult_by02((unsigned char) (a0Pa2_M4 ^ a1Pa3_M4));
result[0] ^= temp ^ a0Pa2_M4;
result[1] ^= temp ^ a1Pa3_M4;
result[2] ^= temp ^ a0Pa2_M4;
result[3] ^= temp ^ a1Pa3_M4;
}
memcpy(pState, result, 4);
}
}
///
// 函數名： block_encrypt
// 描述：對單塊數據加密。
// 輸入參數： pState -- 狀態數據。
// 輸出參數： pState -- 加密后的狀態數據。
// 返回值：無。
///
static void block_encrypt(unsigned char *pState)
{
unsigned char i;
AddRoundKey(pState, g_roundKeyTable);
for (i = 1; i <= Nr; i++) // i = [1, Nr]
{
sub_bytes(pState, 4*Nb, 0);
shift_rows(pState, 0);
if (i != Nr)
{
mix_columns(pState, 0);
}
AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*i]);
}
// 為了節省代碼，合并到循化執行
// sub_bytes(pState, 4*Nb);
// shift_rows(pState, 0);
// AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*Nr]);
}
///
// 函數名： block_decrypt
// 描述：對單塊數據解密。
// 輸入參數： pState -- 狀態數據。
// 輸出參數： pState -- 解密后的狀態數據。
// 返回值：無。
///
static void block_decrypt(unsigned char *pState)
{
unsigned char i;
AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*Nr]);
for (i = Nr; i > 0; i--) // i = [Nr, 1]
{
shift_rows(pState, 1);
sub_bytes(pState, 4*Nb, 1);
AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*(i-1)]);
if (i != 1)
{
mix_columns(pState, 1);
}
}
// 為了節省代碼，合并到循化執行
// shift_rows(pState, 1);
// sub_bytes(pState, 4*Nb, 1);
// AddRoundKey(pState, g_roundKeyTable);
}
///
// 函數名： aes_init
// 描述：初始化，在此執行擴展密鑰操作。
// 輸入參數： pKey -- 原始密鑰，其長度必須為 AES_KEY_LENGTH/8 字節。
// 輸出參數：無。
// 返回值：無。
///
void aes_init(const void *pKey)
{
// 擴展密鑰
unsigned char i;
unsigned char *pRoundKey;
unsigned char Rcon[4] = {0x01, 0x00, 0x00, 0x00};
memcpy(g_roundKeyTable, pKey, 4*Nk);
pRoundKey = &g_roundKeyTable[4*Nk];
for (i = Nk; i < Nb*(Nr+1); pRoundKey += 4, i++)
{
memcpy(pRoundKey, pRoundKey - 4, 4);
if (i % Nk == 0)
{
rotation_word(pRoundKey);
sub_bytes(pRoundKey, 4, 0);
xor_bytes(pRoundKey, Rcon, 4);
Rcon[0] = gf_mult_by02(Rcon[0]);
}
else if (Nk > 6 && i % Nk == Nb)
{
sub_bytes(pRoundKey, 4, 0);
}
xor_bytes(pRoundKey, pRoundKey - 4*Nk, 4);
}
}
//
// 函數名： aes_encrypt
// 描述：加密數據
// 輸入參數： pPlainText -- 明文，即需加密的數據，其長度為nDataLen字節。
// nDataLen -- 數據長度，以字節為單位，必須為AES_KEY_LENGTH/8的整倍數。
// pIV -- 初始化向量，如果使用ECB模式，可設為NULL。
// 輸出參數： pCipherText -- 密文，即由明文加密后的數據，可以與pPlainText相同。
// 返回值：無。
//
void aes_encrypt(const unsigned char *pPlainText, unsigned char *pCipherText,
unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV)
{
unsigned int i;
if (pPlainText != pCipherText)
{
memcpy(pCipherText, pPlainText, nDataLen);
}
for (i = nDataLen/(4*Nb); i > 0 ; i--, pCipherText += 4*Nb)
{
#if AES_MODE == AES_MODE_CBC
xor_bytes(pCipherText, pIV, 4*Nb);
#endif
block_encrypt(pCipherText);
pIV = pCipherText;
}
}
// 函數名： aes_decrypt
// 描述：解密數據
// 輸入參數： pCipherText -- 密文，即需解密的數據，其長度為nDataLen字節。
// nDataLen -- 數據長度，以字節為單位，必須為AES_KEY_LENGTH/8的整倍數。
// pIV -- 初始化向量，如果使用ECB模式，可設為NULL。
// 輸出參數： pPlainText -- 明文，即由密文解密后的數據，可以與pCipherText相同。
// 返回值：無。
//
void aes_decrypt( const unsigned char *pCipherText,unsigned char *pPlainText,
unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV)
{
unsigned int i;
if (pPlainText != pCipherText)
{
memcpy(pPlainText, pCipherText, nDataLen);
}
// 從最后一塊數據開始解密，這樣不用開辟空間來保存IV
pPlainText += nDataLen - 4*Nb;
for (i = nDataLen/(4*Nb); i > 0 ; i--, pPlainText -= 4*Nb)
{
block_decrypt(pPlainText);
#if AES_MODE == AES_MODE_CBC
if (i == 1)
{// 最后一塊數據
xor_bytes(pPlainText, pIV, 4*Nb);
}
else
{
xor_bytes(pPlainText, pPlainText - 4*Nb, 4*Nb);
}
#endif
}
}
char *encrypt(const char *plain_data, const char *test_key, const char *test_iv) {
int base64_len;
uint16_t len = strlen(plain_data);
uint16_t blocks = (len + 15) / 16; // 確保能夠容納所有數據
unsigned char passwold[blocks * 16];
uint8_t padding = blocks * 16 - len;
uint8_t *str = (uint8_t *)malloc(blocks * 16); // 動態分配內存
uint8_t key[16], iv[16];
char *encoded_data = (char *)malloc((blocks * 16) * 2 / 3 + 4); // 動態分配Base64編碼后的內存，額外加4用于'\0'和可能的填充
if (!str || !encoded_data) {
// 內存分配失敗處理
free(str);
free(encoded_data);
return NULL;
}
memcpy(str, plain_data, len);
memset(str + len, padding, padding); // 填充數據
memcpy(key, test_key, 16);
memcpy(iv, test_iv, 16);
aes_init(key);
aes_encrypt(str, passwold, blocks * 16, iv);
// 計算實際Base64編碼的長度
base64_len = base64_encode(passwold, encoded_data, blocks * 16);
encoded_data[base64_len] = '\0'; // 確保字符串以'\0'結尾
free(str);
free(encoded_data);
return encoded_data;
}

復制代碼

帳號		自動登錄	找回密碼
密碼			立即注冊

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基于STM32單片機的AES加密程序 aes.h