我們之前簡單描述了汽車MCU常見的安全啟動。這里我們就要對啟動中所使用的加密算法進行描述。

首先我們來分析在MCU中安全啟動時所需要的成員：

1、待校驗對象（通常為應用程序）的數據長度、起始地址；

2、待校驗對象進行校驗時所需要的加密算法；

3、待校驗對象進行校驗時所需要的密鑰；

有了上述三個成員，（注意：開始描述安全啟動邏輯代碼）啟動的信任根（通常是HSM的BootRom）首先會查看待校驗對象的數據長度和起始地址是否合法（通常就是范圍判斷），然后到slot中獲取校驗對象的驗證密鑰（思考下我這里為什么不說解密密鑰而是說驗證密鑰？），最后將校驗對象的數據按塊放進硬件加速引擎進行處理，得出一個結果與預存在HSM NVM的結果（什么時候預存的？存到哪里的？）進行對比。

01. MCU安全啟動加密算法選擇

大家思考一個問題，在汽車MCU運行時代碼通常都是直接在flash中運行，很少出現把一個功能棧拷貝到ram中運行，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的方式。

既然是直接取指，如果應用程序是加密存儲在flash中，即使安全啟動通過，應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認證碼的方式進行處理。

因此，汽車網絡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CBCCFB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的Hash，它不僅提供了比crc這類算法更強的數據完整性保護，還防止了數據未經允許的修改、破壞等（驗證數據來源）。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據的。

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。

本質上，AES-CMAC和OMAC1（一種改進的CBC-MAC算法）相同，使用一個私密的密鑰、可變長度的消息數據（對齊該消息按照固定長度進行分塊計算），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，存在數據長度不是128bit整數倍的情況，因此，這個算法流程有兩種，如下：

case a ：消息數據是128bit的整數倍，使用私密密鑰k1生成MAC(T)；

case b：消息數據不能整除，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：

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

2、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);

3、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生成消息數據最后一塊的數據。

需要注意的是，當處于case b時，M_last是需要進行填充的，填充方式參考04.數據填充

2.2 MAC生成算法

使用AES-CMAC進行計算，需要三個輸入：私密密鑰(k)、消息數據、消息數據長度；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發給接收方，也可以用密文+CMAC。

03. HMAC詳解

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

MD-5和SHA-1就是這種hash函數的示例。

參考鏈接如下：https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc2104

04. 數據填充

我們發現，在使用上述算法進行計算時，AES都是以一個塊進行計算，如果此時要計算的數據分組后最后一塊不夠128bit，就要進行填充，常見填充方式(假設數據塊為8個byte)如下：

全0填充

填充結構：

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進行填充，但用最后一個字節表示填充的長度，如下：

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

審核編輯：黃飛

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