01.MCU安全啟動加密算法選擇

大家思考一個問題，在汽車MCU運(yùn)行時代碼通常都是直接在flash中運(yùn)行，很少出現(xiàn)把一個功能?？截惖?a href="http://hljzzgx.com/tags/ram/" target="_blank">ram中運(yùn)行，主要是MCU的SRAM通常十分珍貴，且比較小，雖然最近出來的片子S32G、TC3xx SRAM已經(jīng)來到MB級別，但是鑒于成本、和芯片廠通常會將PFlash和CPU直連以加快取指速度，一般都還是采用比較傳統(tǒng)的方式。

既然是直接取指，如果應(yīng)用程序是加密存儲在flash中，即使安全啟動通過，應(yīng)用程序解密完也沒有足夠的ram存放，所以一般來說，存放在flash中的代碼均是以明文+簽名or認(rèn)證碼的方式進(jìn)行處理。

因此，汽車網(wǎng)絡(luò)安全工程師最熟悉的AES128-CMAC來了。

02.AES-CMAC詳解

首先我們來回顧什么是AES(advanced encryption standard)加密算法。

AES屁股后面跟的工作模式通常是CBC\CFB這些，這個CMAC是個啥？

來看下全稱：Cipher-based Message Authentication Code。

我們知道MAC本身就是與密碼相關(guān)的Hash，它不僅提供了比crc這類算法更強(qiáng)的數(shù)據(jù)完整性保護(hù)，還防止了數(shù)據(jù)未經(jīng)允許的修改、破壞等（驗證數(shù)據(jù)來源）。為什么呢？因為MAC就是將密鑰和明文使用某種算法共同計算出一個值，只有知道密鑰的接收方才能計算出與之匹配的值；即使密鑰被攻擊者破解，由于MAC的hash屬性，攻擊者是無法反推出數(shù)據(jù)的。

所以我們在SecOC里面最常用的還是AES128-CMAC外加FvM防止重放攻擊。

本質(zhì)上，AES-CMAC和OMAC1（一種改進(jìn)的CBC-MAC算法）相同，使用一個私密的密鑰、可變長度的消息數(shù)據(jù)（對齊該消息按照固定長度進(jìn)行分塊計算），最終返回一個固定長度的值，這個值我們叫做MAC。

**2.1 子密鑰的生成 **

對于CMAC來說，存在數(shù)據(jù)長度不是128bit整數(shù)倍的情況，因此，這個算法流程有兩種，如下：

case a ：消息數(shù)據(jù)是128bit的整數(shù)倍，使用私密密鑰k1生成MAC(T)；

case b：消息數(shù)據(jù)不能整除，使用私密密鑰k2生成MAC(T);

而私密密鑰的生成又是按照如下方式生成：

初始向量IV（0） + 原始key，使用AES-128-CBC，生成一個中間輸出L；

判斷該L最高位是否等于0；如果等于0，k1 = L << 1；否則，k1 = （L << 1）XOR 0x87(Rb_const);

判斷k1的最高位是否等于0；如果等于0，k2 = k1 << 1；否則，k2 = （L << 1）XOR 0x87(Rb_const);

同時對于上述兩個case，使用k1或者k2生成消息數(shù)據(jù)最后一塊的數(shù)據(jù)。

需要注意的是，當(dāng)處于case b時，M_last是需要進(jìn)行填充的，填充方式參考04.數(shù)據(jù)填充

2.2 MAC生成算法

使用AES-CMAC進(jìn)行計算，需要三個輸入：私密密鑰(k)、消息數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)長度；具體操作流程如下：

僅在最后一步使用的明文分組生成AES-CMAC。

可以選擇直接把明文組包+CMAC發(fā)給接收方，也可以用密文+CMAC。

03.HMAC詳解

HMAC(Hash-based Message Authentication Code)：Hash函數(shù)是公開的，因此直接使用無密鑰的Hash對數(shù)據(jù)處理，只能保證數(shù)據(jù)的完整性。如果加上MAC值，那么就可以驗證數(shù)據(jù)的來源有效。

MD-5和SHA-1就是這種hash函數(shù)的示例。

04.數(shù)據(jù)填充

我們發(fā)現(xiàn)，在使用上述算法進(jìn)行計算時，AES都是以一個塊進(jìn)行計算，如果此時要計算的數(shù)據(jù)分組后最后一塊不夠128bit，就要進(jìn)行填充，常見填充方式(假設(shè)數(shù)據(jù)塊為8個byte)如下：

全0填充

填充結(jié)構(gòu)：

Data：| 11 11 11 11 11 11 11 11 | 11 11 00 00 00 00 00 00 |

PKCS#7填充

每一個字節(jié)都表示填充的長度，如下：

| 11 11 11 11 11 11 11 11 | 11 11 06 06 06 06 06 06 |

ANSI X.923 填充

該方式用0進(jìn)行填充，但用最后一個字節(jié)表示填充的長度，如下：

| AA AA AA AA AA AA AA AA | AA AA 00 00 00 00 00 06 |

審核編輯：劉清