嵌入式安全加密算法种类
目录
一、加密算法简介
1、HASH算法：哈希散列算法和哈希摘要算法
2、对称加密和非对称加密
3、国密算法
二、安全芯片解读
1、安全芯片类型
2、协处理器简介
3、安全芯片工作模式
一、加密算法简介
1、HASH算法：哈希散列算法和哈希摘要算法
（1）概念：把一段任意长度的数据变成均匀分布固定长度的数据、反之不可以。y=Hash(x) 已知x可以得到y，反之不可以
（2）常见hash算法
MD5(64位) 、SHA、SHA1(160位) 、SHA256(256位)、SHA512(512位)、RIPEMD-160(160位)
2、对称加密和非对称加密
（1）常见对称加密算法
DES：数据加密标准，速度较快，一共有三个参数入口（原文，密钥，加密模式）。
3DES：是以DES为基础更安全的变形，对数据进行了三次加密，
AES：高级加密标准，新一代标准，加密速度更快，安全性更高
（2）常见非对称加密算法
RSA：该算法基于一个数论事实：将两个大质数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却及其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥
ECC： Ellipse Curve Cryptography，椭圆曲线算法（比特币使用）。通过椭圆曲线方程性质产生密钥。ECC164位的密钥相当于RSA1024位密钥提供的保密强度，而且计算量更小，处理速度更快，存储空间和传输带宽占用较少。
（3）加密方式对比
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加密方式 |
常见算法 |
优点 |
缺点 |
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对称加密 |
DES、3DES、AES、TDEA、RC5、Blowfish、IDEA、... |
加解密快速，使用简单； 常用于对大量数据加密 |
密码/密钥需要在网络上传输，不安全；秘钥管理困难；安全等级依赖秘钥长度 |
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非对称加密 |
RSA、ECC、... |
只有公钥在网络上传输，私钥留在本地，相对安全 |
加解密比较慢，使用复杂；有被劫持风险 |
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混合模式（对称和非对称） |
使用对称加密模式，但是对加密的密码使用非对称加密方式传输 |
3、国密算法
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加密名称 |
加密方式 |
说明 |
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SM1 |
对称加密 |
强度与AES相当，不公开 |
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SM2 |
非对称加密 |
基于ECC |
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SM3 |
哈希算法 |
校验结果为256位，安全性要高于MD5算法和SHA-1算法 |
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SM4 |
对称算法 |
密钥长度和分组长度均为128位，安全性上高于3DES算法 |
二、安全芯片解读
1、安全芯片类型
按照硬件不同可分为以下三类：
（1）EEPROM加密：通过在EEPROM寄存器上通过user id,password认证的方式存储客户的核心数据。价格便宜、安全性较低
（2）逻辑电路加密：以逻辑门的方式把加密算法固化在硬件芯片中，一般为软硬件双结合的方式进行算法认证，此类芯片一般使用AES对称算法进行算法认证。
（3）单片机加密：采用智能卡内核如增强型8051内核 、ARM 32位SecurCore内核（SC100基于ARM7TDMI、SC300基于Cortex-M3），与专门处理加密算法的协处理器合二为一。可将一小部分代码移植到其中，功能强大，为常见的加密芯片类型。
（4）智能卡加密：使用存储器总线加密(Bus Encryption)技术，数据以密文方式存储在存储器中，即使入侵者获得数据总线的数据，也不可能知道密钥或者别的敏感信息(如数据还原方法);使用ISO7816协议
2、协处理器简介
（1）概念：一种协助中央处理器完成其无法执行或执行效率、效果低下的处理工作而开发和应用的处理器
（2）特点：
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特点 |
说明 |
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处理特定任务 |
数学协处理器可以控制数字处理；图形协处理器可以处理视频绘制 |
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内核相连 |
可以附属于ARM处理器。通过扩展指令集或提供配置寄存器来扩展内核处理功能。通过协处理器接口与ARM内核相连 |
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扩展指令集 |
提供一组专门的新指令添加到标准ARM指令集中，来扩展指令集。这些新指令是在ARM流水线的译码阶段被处理的。如果在译码阶段发现是一条协处理器指令，则把它送给响应的协处理器。如果该协处理器不存在，或不认识这条指令，则ARM认为发生了未定义指令异常 |
3、安全芯片工作模式
- 真值点判断：主控MCU在工作时，判断一下外部的加密芯片是否合法，然后决定自身是否要正常工作。判断加密芯片是否合法的方式有：PIN 码验证，对称算法运算(AES，DES 等)，非对称算法运算(RSA，ECC 等)，散列算法(HMAC-MD5，HMAC-SHA，HMAC-SM3 等)
- 数据加解密：将一部分数据秘钥存放在加密芯片中，当主控MCU工作需要解密时，从加密芯片将秘钥读出，然后在主控芯片中再解成明文使用。常见的加解密算法有：对称算法(AES，DES 等)，非对称算法运算(RSA，ECC)等。
- 功能运算：将主控芯片的一部关键代码放在加密芯片中，当主控 MCU 工作时，传入参数，请求加密芯片执行运算，并获取计算结果。