[经验]

瑞萨RA2L1 ANE加解密协处理系统简介

2023-4-3 17:28:01

812 协处理器 SWD RTThread MCU芯片

　　0、前言

　　数据安全在当今系统设计中变得越来越重要，当今数据的加密和验签基本分为了本机和协处理两个方式，本机是最常见也是最简单的加密模式，本机存储秘钥本机验证，协处理就是通过主控芯片+加解密专用芯片的模式，可以更好的增加安全性并且可以使用随机秘钥加强防破解能力。

　　1、简介

　　以下介绍的是采用瑞萨RA2L1作为专用加解密协处理器的方案，称它为ANE系统。

　　本系统的主要作用就是对主控发来的数据进行动态加解密，以实现鉴权和数据解析的效果。因为RA2L1内置了硬件的SEC外设，可以使用硬件计算AES，这大大提高了数据处理速度，更适合加解密环境的需求，并且因为RA2L1是M23内核，功耗相对较低，且为ARMv8系列内核，可以使用芯片自带的trustzone功能提高安全性。

　　2、过程

　　调试这套系统还是比较费时间的，所以此次公开项目只是作为一套方案验证，距离批量使用还需要进一步改进。

　　首先在交互方面，采取了UART+IIC双模式可选，用户可根据主控剩余外设进行选择（公开部分只做了uart）。两种模式采取同样的ATLV格式进行交互，即 Address+TAG+LENSE+VALUE，这样做可以兼容带地址的总线协议，例如IIC。以下是当前规范的一些命令。

　　在软件调试过程中也是非常曲折的，因为第一次接触瑞萨的MCU，所以花了一段时间去适应图形化配置软件。这里简单说一下遇到的问题吧

　　UART没有空闲中断，需要使用其他方法实现（比如定时器监控RXI配合ELC实现）

　　rtt-studio对fsp的适配度有限，比如新加库不会自动include

　　因为串口打印效率太低，移植了SEGGER-RTT通过SWD打印LOG

　　瑞萨的某些外设库是存在依赖的，比如SEC依赖了r_sec_ra2，使用的时候要多加注意

　　现在就来说一下系统运行流程吧

　　用到的一些rtt特性

　　RingBuffer

　　串口接收部分采用了RTT自带的ringbuffer功能来实现数据的接收和保存，环形缓冲区在批量处理数据的时候非常好用，极大的降低了使用难度，以下是一些粗略的代码调用。

　　static uint8_t uart_ringbuf［32］ = {0};

　　static struct rt_ringbuffer uart_rb;

　　rt_ringbuffer_init（&uart_rb， uart_ringbuf， 32）;

　　rt_ringbuffer_reset（&uart_rb）;

　　void user_uart0_callback （uart_callback_args_t * p_args）

　　{

　　switch （p_args-》event）

　　{

　　case UART_EVENT_RX_CHAR：

　　{

　　rt_ringbuffer_putchar（&uart_rb，（const rt_uint8_t ）（p_args-》data））;

　　break;

　　}

　　default：

　　break;

　　}

　　rt_size_t num = rt_ringbuffer_get（&uart_rb， buff， uart_rx_len）;

　　rt_kprintf（“uart0 ringbuf get size：%dn”， num）;

　　MailBox

　　通过查看API文档发现邮箱是一个更轻量的通知功能实现方式，使用起来也非常简单，在此次项目中担当了串口接收完成通知的任务。以下还是一些粗略的代码。

　　while （1）

　　{

　　if （rt_mb_recv（&uart_mb， &mb_flag， RT_WAITING_FOREVER） == RT_EOK） {

　　rt_kprintf（“uart0 mb recv %d len is %dn”， mb_flag， uart_rx_len）;

　　rt_size_t num = rt_ringbuffer_get（&uart_rb， buff， uart_rx_len）;

　　rt_kprintf（“uart0 ringbuf get size：%dn”， num）;

　　}

　　void user_uart0_callback （uart_callback_args_t * p_args）

　　{

　　switch （p_args-》event）

　　{

　　case UART_EVENT_RX_CHAR：

　　{

　　rt_ringbuffer_putchar（&uart_rb，（const rt_uint8_t ）（p_args-》data））;

　　uart_rx_len++;

　　if （uart_rx_len == 19） {

　　if （rt_mb_send（&uart_mb， 0x01）！= RT_EOK） {

　　rt_kprintf（“uart0 mailbox send errn”）;

　　}

　　break;

　　}

　　default：

　　break;

　　}

　　3、总结

　　此次活动粗略的实现了一个简单的加解密协处理功能，可以初步的实现基本功能，但仍有以下问题尚未解决，这里列出来以供参考。

　　内置秘钥没有混淆，明文存储是非常致命的问题，这里推荐使用matrix编码进行混淆存储。

　　当前试验机并没有实现DH秘钥交互，使用DH秘钥交互可以为每次会话生成完全随机的秘钥，提高安全性可靠性，当然也可以使用ECDH交互（效率问题不用过于担心，因为秘钥交互只存在于初始化握手），DH推荐使用mbedtls自带库，ECDH推荐使用tiny-ECDH-c.

　　没有完全实现串口空闲中断，后续需要调试GPT来实现

　　代码体积还需要优化

原作者：dreamcmi

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