STM32移植使用mbedtls-2.24.0

2023-05-16

STM32移植使用mbedtls-2.24.0

（1）关于PolarSSL

mbed TLS（以前称为PolarSSL）是TLS和SSL协议的实现，并且需要相应的加密算法和支持代码。这是双重许可与Apache许可证 2.0版（与GPLv2许可也可）。
核心SSL库用C编程语言编写，并实现SSL模块，基本加密功能并提供各种实用功能。与OpenSSL和TLS的其他实现不同，mbed TLS设计为适合小型嵌入式设备，最小完整的TLS堆栈需要60KB的程序空间和64KB的RAM。它也是高度模块化的：每个组件，如加密函数，可以独立于框架的其余部分使用。因为mbed TLS是用C编程语言编写的，没有外部依赖，现在叫MbedTSL，PolarSSL源码，也许是最小巧的ssl代码库。高效、便于移植和集成。尤其适合嵌入式应用。

本章就基于STM32移植mbedtls-2.24.0版本进行测试与使用！

mbedtls下载地址：https://github.com/ARMmbed/mbedtls

本章工程代码下载地址：https://github.com/wowyyy/HAL_STM32_MBEDTLS_DEMO.git

注意：因为本章节只是用了加解密的API，没有使用网络进行SSL认证操作，如果要使用mbedtls的SSL认证，最低的硬件环境最低需要60K的FLASH以及64K的SRAM(内存)，如果你使用的比较低端的STM32，那么无解，没法用embedtls。。。

（2）mbedtls移植

首先使用STM32CubeMX建立裸机工程，我使用的是STM32F103RB，配置了串口一当作信息输出的端口，这里注意，mbedtls所使用的栈空间是比较大的，所以在STM32CubeMX输出工程的时候将栈空间调大，如下图：

在这里插入图片描述

下载解压mbedtls源码目录如下：

在这里插入图片描述

而我们需要的仅仅是configs(配置头文件)、include(头文件)、library(源码)。

configs，该文件夹内的是配置头文件，可以根据不同需求进行选择，例如我们本次是在嵌入式系统上使用，资源有限，所以就选择config-mini-tls1_1.h这个配置文件，复制该文件内的内容替换mbedtls的默认配置头文件mbedtls/config.h即可。
include，所有头文件
library，所有源代码

首先在STM32 工程目录下建立文件夹mbedtls，并将mbedtls源码目录下的include和library两个文件夹复制过来，复制config-mini-tls1_1.h文件中的内容替换include/config.h。(注：include/config.h文件是只读的，需要先修改权限为读写)。

打开keil工程将源码添加进来：
在这里插入图片描述
添加头文件包含：

修改include/config.h配置文件：

注释掉宏定义MBEDTLS_HAVE_TIME，因为我们目前没有用到时间相关的
注释掉宏定义MBEDTLS_NET_C，因为没有用到网络
注释掉宏定义MBEDTLS_FS_IO，这是带系统时候需要用到的标准系统调用IO，例如linux下的系统调用函数read、write等，裸机我们没有用到
添加一个宏定义MBEDTLS_NO_PLATFORM_ENTROPY，单片机无系统所以需要添加该宏。

然后编译工程即可~！

（3）移植测试

将printf函数重定向到串口一输出：

/// 重定向printf函数到串口一
int fputc(int ch, FILE* fp)
{
    while (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_TXE) != SET);
    huart1.Instance->DR = (uint8_t)(ch & 0XFF);
    return ch;
}

下面我们开始编写代码测试，测试两个，一个是base64编码的，另一个是AES加解密的，
需要添加头文件：

#include "mbedtls/config.h"
#include "mbedtls/aes.h"
#include "mbedtls/base64.h"

base64编解码测试代码：

void mbedtls_base64_demo(void)
{
	int i = 0;
	
	// 原始数据
	uint8_t plaintext[16] = {'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P'};

    // base64编码和解码输出数据的长度
    size_t enclen = 0, declen = 0;

    // 存放base64编码输出
    uint8_t encode[32];

    // 存放base64解码输出
    uint8_t decode[32];

	// 编码
    mbedtls_base64_encode(encode, sizeof(encode), &enclen, plaintext, sizeof(plaintext));

	// 解码
    mbedtls_base64_decode(decode, sizeof(decode), &declen, encode, enclen);

    printf("- enclen:%d\r\n", enclen);
    printf("- encode:%s\r\n", encode);
    printf("- declen:%d\r\n", declen);
    printf("- decode:");
	for(i = 0; i < declen; i++)
	{
		printf("%c", (char)decode[i]);
	}
	printf("\r\n");
}

AES加解密测试代码（ECB模式）：

void mbedtls_aes_ecb_demo(void)
{
	int i = 0;
	mbedtls_aes_context ctx;
	
	// 要加密的数据
	uint8_t plaintext[16] = {'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P'};

	// 密码
	const uint8_t passwd[32] = "AAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCCDD";
	
	// 加密输出
	uint8_t encrypt[16];
	
	// 解密输出
	uint8_t decrypt[16];

	// 初始化
	mbedtls_aes_init(&ctx);

	// 设置加密密钥
	mbedtls_aes_setkey_enc(&ctx, passwd, 256);
	
	// 加密
	mbedtls_aes_crypt_ecb(&ctx, MBEDTLS_AES_ENCRYPT, plaintext, encrypt);
	
	// 设置解密密钥
	mbedtls_aes_setkey_dec(&ctx, passwd, 256);
	
	// 解密
	mbedtls_aes_crypt_ecb(&ctx, MBEDTLS_AES_DECRYPT, encrypt, decrypt);

	// 清理
	mbedtls_aes_free(&ctx);
	
	printf("encrypt:");
	for(i = 0; i < 16; i++)
	{
		printf("%02X", encrypt[i]);
	}
	printf("\r\n");

	printf("decrypt:");
	for(i = 0; i < 16; i++)
	{
		printf("%c", decrypt[i]);
	}
	printf("\r\n");
}

AES加解密测试代码(CBC模式)：

void mbedtls_aes_cbc_demo(void)
{
	int i = 0;

	mbedtls_aes_context ctx;

	// 密码
	uint8_t passwd[16] = "AAAAAAAAAACCCCDD";

	// 用于加密的向量表
	uint8_t iv_encrypt[16] = { 0X00, 0X01, 0X02, 0X03, 0X10, 0X11, 0X12, 0X13, 0X20, 0X21, 0X22, 0X23, 0X30, 0X31, 0X32, 0X33 };

	// 用于解密的向量表
	uint8_t iv_decrypt[16] = { 0X00, 0X01, 0X02, 0X03, 0X10, 0X11, 0X12, 0X13, 0X20, 0X21, 0X22, 0X23, 0X30, 0X31, 0X32, 0X33 };

	// 待加密的数据
	uint8_t plaintext[] = { 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P' };

	// 存储加密后的输出
	uint8_t encrypt[sizeof(plaintext)];

	// 存储解密后的输出
	uint8_t decrypt[sizeof(plaintext)];

	// 加密
	mbedtls_aes_setkey_enc(&ctx, passwd, 128);
	mbedtls_aes_crypt_cbc(&ctx, MBEDTLS_AES_ENCRYPT, sizeof(plaintext), iv_encrypt, plaintext, encrypt);

	// 解密
	mbedtls_aes_setkey_dec(&ctx, passwd, 128);
	mbedtls_aes_crypt_cbc(&ctx, MBEDTLS_AES_DECRYPT, sizeof(plaintext), iv_decrypt, encrypt, decrypt);

	// 打印出加入后的结果
	for (i = 0; i < sizeof(plaintext); i++)
	{
		printf("%02X", encrypt[i]);
	}
	printf("\r\n");

	// 打印处解密后的结果
	for (i = 0; i < sizeof(plaintext); i++)
	{
		printf("%c", decrypt[i]);
	}
	printf("\r\n");
}

main函数如下：
在这里插入图片描述

程序运行效果：

在这里插入图片描述
网上有很多在线AES、BASE64加解密测试平台，可以去做验证移植测试的准确性！

ends…

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