一文看懂码灵半导体CFW32C7UL系列产品应用（二）：国密算法●中篇

发布时间：2020-07-15

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上期对CFW32C7UL系列支持的国密算法种类支持的介绍，相信您对CFW327UL系列的国密硬件模块有了些初步了解，那么这些国密模块如何使用？应用是否便捷？加解密的速度如何？带着这些疑问，我们今天从真随机数发生器TRNG和SM3算法模块调用开始谈起。

欢迎再次来到“码灵半导体CFW32C7UL系列产品应用介绍”连载专题。通过上期对CFW32C7UL系列支持的国密算法种类的介绍，相信您对CFW327UL系列的国密硬件模块有了初步了解，那么这些国密模块如何使用？应用是否便捷？加解密的速度如何？带着这些疑问，我们今天从真随机数发生器TRNG和SM3算法模块的调用开始谈起。

一、真随机数发生器TRNG模块

说到随机，有两个必须要搞清楚的概念即“真随机数生成器”（TRNG）和伪随机数生成器（PRNG）。大部分计算机程序和语言中的随机函数，都是伪随机数生成器，它们都是由确定的算法，通过一个“种子”（如“时间”）来产生“看起来随机”的结果值。毫无疑问，只要知道算法和种子，或者是之前已经产生了的随机数，那么就有可能获得接下来随机数序列的信息，因此它们带有可预测性。这种可预测性在密码学上并不安全，所以我们称其为“伪随机”。

与“伪随机”相对应的是“真随机”，真正的随机数仅存在于量子力学中，而我们需要的是一种不可预测的、统计意义上的、高安全性的随机数。在码灵半导体CFW32C7UL系列产品中我们提供了四组这种真随机数源，用以产生真随机数，同时该功能模块是采用硬件方式实现的，并且通过了NIST统计检测程序的随机性测试。

下面我们具体介绍下CFW32C7UL系列产品的真随机数发生器TRNG模块是如何通过码灵半导体官方提供的SDK函数来进行调用的。目前码灵半导体官方提供了两种SDK，即裸机SDK和Linux SDK。

开发模式一：裸机SDK

裸机SDK与提供的freeRTOS和uCOS SDK中相同。

① 产生一个真随机数

调用HAL_TRNG_GetValue()

uint32_t HAL_TRNG_GetValue() 函数返回值为一个真随机数

② 使用范例

uint32_t random = HAL_TRNG_GetValue();

单个函数看不出硬件实现和软件实现有什么不同，那下面展现一下函数源码：

uint32_t HAL_HRNG_GetValue()

{

uint32_t ret;

HRNG->CMPRES = 0x02;

while((HRNG->STATUS& HRNG_STATUS_FIFO_NOT_EMPTY) ==0);

ret= HRNG->LFSR;

return ret;

}

上面所述的就是对寄存器HRNG->CMPRE、HRNG->CTRL进行一个配置后，等待HRNG->STATUS，之后HRNG->LFSR寄存器中取出随机数。

开发模式二：Linux SDK

通过操作linux系统中/dev/wokoo_trng，就可以进行产生真随机数。

① TRNG算法底层接口

• open：打开设备节点

• read：读取随机数的数据

② 接口描述

• open

函数原型：static int uac_open(struct inode *inode, struct file * file)

参数：file:文件名

返回值：成功0，其它失败

• read

函数原型：static ssize_t uac_read(struct file * file, char __user *buffer, size_t size , loff_t *p)

参数：file:文件名，buffer：读出数据缓存,size:读出数据长度

返回值：成功0，其它失败

③ 使用示例

trng_fd = open("/dev/wokoo_trng", O_RDWR); //打开trng的节点

read(trng_fd, (unsigned char *)&trng_data, 1); //读取真随机数

CFW32C7UL系列的TRNG效率

目前码灵半导体CFW32C7UL系列产品产生随机数的速率是75kb/s，每秒可以产生75kb的真随机数。

二、SM3杂凑硬件算法模块

SM3算法为国密杂凑算法，数据分组长度为512bit，杂凑值长度为256bit。基本运算流程为：对输入数据流做填充，构成整数个512bit长度的数据流；再对数据做分组；然后对每个分组做扩展和替换压缩操作，得到中间的临时杂凑值，反复进行直到所有分组处理完毕，最后一个计算得到的杂凑值作为整个数据流的最终杂凑值输出。

开发模式一：裸机SDK

调用SM3_Hash产生SM3 最终hash 值。

void SM3_Hash(uint32_t *pDataIn,uint32_t DataLen,uint32_t *pDigest)

① 函数参数说明

pDataIn: 输入的数据指针( big endian)

DataLen :数据的bit 长度

pDigest: 输出的最终hash值

② 使用范例

SM3_Hash (message,32,tempbuf);

//message 是原始数据，数据长度为32，tempbuf是产生的256位hash值

开发模式二：Linux SDK

通过操作linux系统中/dev/wokoo_sm3 ，就可以进行SM3杂凑算法的运算。