用于ADF7023和ADF7023-J的AES加密与解密
2018-04-25
作者：Stephen Hinchy; Kalim Khan
本文说明ADF7023和ADF7023-J收发器可用的高级加密标准(AES)固件模块（在下文中，提到ADF7023的内容也适用于ADF7023-J）。 可下载的AES固件模块支持密钥大小为128位、192位和256位的128位块加密和解密。 它支持两种模式：电码本(ECB)模式和密码块链接(CBC)模式1。
图1. ECB模式
ECB模式利用一个密钥逐块地加密和解密128位数据，如图1所示。 CBC模式1则是先做一次加法运算（通过模2算法，用户提供的128位初始化向量）再加密， 所得的密文用作下一个块的初始化向量，依此类推，如图2所示。
解密过程正好相反。 固件利用片内硬件加速模块来增大吞吐量，并将AES处理的延迟时间降至最短。
该固件模块名为rom_ram_7023_2_2_RS_AES.dat，包含里德-所罗门(RS)前向纠错和AES加密，可从www.analog.com/firmwaremodules-adf7023下载。
图2. CBC模式1
命令和数据包随机存取存储器寄存器位置
表1. 需在AES加密或解密之前进行初始化的寄存器位置
1这些寄存器定义针对该固件模块，不适用于ADF7023的正常操作。
AES配置变量、密钥和数据存储在数据包随机存取存储器(RAM)中。
表2中列出了执行AES加密、生成逆密钥或执行AES解密所需的命令。 有关AES加密和解密步骤的更多信息，参见“AES步骤”部分。
由于使用指针、不同密钥大小和两种不同模式，ADF7023上的AES实现是高度可配置的。 图3显示了一个配置示例。
表2. AES命令
图3. AES操作的数据包RAM存储器分配示例
AES步骤
向ADF7023写入AES固件模块
使用AES固件模块之前，用户必须将其写入ADF7023的程序RAM中。 下列步骤详细解释了如何向程序RAM写入AES固件模块：
1.确保ADF7023处于PHY_OFF状态。
2.发出CMD_RAM_LOAD_INIT命令（地址0xBF）。
3.使用串行外设接口(SPI)存储器块写入命令（0x1E00[固件模块]）向程序RAM写入模块；有关块写入的更多信息，请参见ADF7023数据手册。
4.发出CMD_RAM_LOAD_DONE命令（地址0xC7）。
固件模块现已存储到程序RAM中。
AES加密步骤
下列步骤详细说明了如何执行AES加密：
1.将AES工作空间的起始地址写入VAR_W_PTR。
2.写入VAR_KEYSIZE以设置密钥大小。
3.写入VAR_AES_MODE以选择ECB模式或CBC模式1。
4.若使用CBC模式1（若使用ECB模式则跳过此步），
a.将加密初始化向量的起始地址写入VAR_ECV_PTR。
b.将初始化向量写入VAR_ECV_PTR指定的位置。
5.将密钥的地址写入VAR_WFOR_PTR。
6.将密钥写入VAR_WFOR_PTR指定的位置。
7.将要加密的16字节块数写入VAR_NUM_BLOCKS。
8.将要加密的数据地址写入VAR_C_PTR。
9.将要加密的数据写入VAR_C_PTR指定的位置。
10.发出CMD_AES_ENCRYPT (0xD0)。 用加密后的数据覆盖要加密的数据。
11.等待命令完成。
AES加密示例
在下面的AES加密示例中，将SPI命令写入ADF7023：
1.写入0x18112A。 VAR_W_PTR设置为0x2A。 算法的32字节工作空间从地址0x02A开始。
2.写入0x18140C。 通过VAR_KEYSIZE选择128位的密钥。
3.写入0x181600。 通过VAR_AES_MODE选择ECB模式。
4.不使用CBC模式1，因此跳过第4步。
5.写入0x18136A。 VAR_WFOR_PTR设置为0x6A。 密钥从地址0x06A开始。
6.将密钥写入从地址0x06A开始的数据包RAM。
7.写入0x180101。 VAR_NUM_BLOCKS设置为0x01。 加密一个16字节块。
8.写入0x18108A。 VAR_C_PTR设置为0x8A。 要加密的数据从地址0x08A开始。
9.将要加密的数据写入从地址0x08A开始的数据包RAM。
10.写入0xD0。 发出CMD_AES_ENCRYPT。
11.等待命令完成。
AES解密步骤
下列步骤详细说明了如何执行AES解密：
1.将AES工作空间的起始地址写入VAR_W_PTR。
2.写入VAR_KEYSIZE以设置密钥大小。
3.写入VAR_AES_MODE以选择ECB模式或CBC模式1。
4.将密钥的地址写入VAR_WFOR_PTR。
5.将密钥写入VAR_WFOR_PTR指定的位置。
6.将逆密钥的地址写入VAR_WINV_PTR。
7.若使用CBC模式1（若使用ECB模式则跳过此步），
a.将解密初始化向量的地址写入VAR_DCV_PTR。
b.将初始化向量写入VAR_DCV_PTR指定的位置。
c.将解密需要的保留存储地址写入VAR_CIPHERBUF_PTR。
8.发出CMD_AES_DECRYPT_INIT (0xD1)。 此命令生成并保存逆密钥。
9.等待命令完成。
10.将要解密的16字节块数写入VAR_NUM_BLOCKS。
11.将要解密的数据地址写入VAR_C_PTR。
12.将要解密的数据写入VAR_C_PTR指定的位置。
13.发出CMD_AES_DECRYPT (0xD2)。 用解密后的数据覆盖要解密的数据。
14.等待命令完成。
AES解密示例
在下面的AES解密示例中，将SPI命令写入ADF7023：
1.写入0x18112A。 VAR_W_PTR设置为0x2A。 算法的32字节工作空间从地址0x02A开始。
2.写入0x18140C。 通过VAR_KEYSIZE选择128位的密钥。
3.写入0x181600。 通过VAR_AES_MODE选择ECB模式。
4.写入0x18136A。 VAR_WFOR_PTR设置为0x6A。 密钥从地址0x06A开始。
5.将密钥写入从地址0x06A开始的数据包RAM。
6.写入0x18124A。 VAR_WINV_PTR设置为0x4A。 逆密钥从地址0x04A开始。
7.不使用CBC模式1，因此跳过第7步。
8.写入0xD1。 发出CMD_AES_DECRYPT_INIT。 此命令生成并保存逆密钥，从地址0x04A开始。
9.等待命令完成。
10.写入0x180101。 VAR_NUM_BLOCKS设置为0x01。 解密一个16字节块。
11.写入0x18108A。 VAR_C_PTR设置为0x8A。 要解密的数据从地址0x08A开始。
12.将要解密的数据写入从地址0x08A开始的数据包RAM。
13.写入0xD2。 发出CMD_AES_DECRYPT。
14.等待命令完成。
确定AES命令完成的时间
使用CMD_FINISHED中断来确定CMD_AES_ENCRYPT、CMD_AES_DECRYPT_INIT和CMD_AES_DECRYPT命令何时完成。 要使能该中断，请置位INTERRUPT_MASK_1寄存器（地址0x101）的位0 (CMD_FINISHED)。 置位该屏蔽位后，ADF7023的中断引脚(IRQ_GP3)将在完成任何命令后置位。 向INTERRUPT_SOURCE_1（地址0x337）的位0写入逻辑1可清除中断。 有关中断产生的更多信息参见ADF7023数据手册。
AES加密和解密时间
典型AES执行时间如表3所示。
表3. AES初始化、加密和解密时间
