• SHA256 安全散列算法加速器实验

    1、SHA256 介绍

    SHA256 加速器是用来计算 SHA-256 的计算单元， SHA256 是 SHA-2 下细分出的一种算法。
    SHA-2 名称来自于安全散列算法 2 （英语： Secure Hash Algorithm 2 ）的缩写，一种密码散列函
    数算法标准，由美国国家安全局研发，由美国国家标准与技术研究院（ NIST ）在 2001 年发布。
    属于 SHA 算法之一，是 SHA-1 的后继者。其下又可再分为六个不同的算法标准，包括了：
    SHA-224 、 SHA-256 、 SHA-384 、 SHA-512 、 SHA-512/224 、 SHA-512/256 。这些变体除了生成摘要的长度、循环运行的次数等一些细微差异之外，基本结构是一致的。
    简单来说，对于任何长度的消息， SHA256 都会产生一个 256bit 长的哈希值。
    Kendryte K210 内置 SHA256 （安全散列算法加速器）功能包括：
    1. 支持 SHA-256 的计算
    2. 支持输入数据的 DMA 传输
    Kendryte K210 官方 SDK 提供了 3 个操作 PWM 的函数，这些函数介绍如下：
    sha256_init 函数：
    该函数主要用于初始化 SHA256 加速器外设，该函数原型及参数描述如下所示： 
    1. void sha256_init(sha256_context_t *context, size_t input_len);
    2. typedef struct _sha256_context
    3. {
    4.  size_t total_len;
    5.  size_t buffer_len;
    6.  union
    7.  {
    8.  uint32_t words[16];
    9.  uint8_t bytes[64];
    10.  } buffer;
    11. } sha256_context_t;
    sha256_update 函数：
    该函数用于传入一个数据块参与 SHA256 Hash 计算，如下代码所示： 
    1. void sha256_update(sha256_context_t *context, const void *input, size_t
    2. input_len);
    该函数有三个参数，第一个参数为输入 SHA256 上下文对象，第二个参数为待加入计算的
    SHA256 计算的数据块，第三个参数为对应数据块的长度。
    sha256_final 函数：
    该函数用于结束对数据的 SHA256 Hash 计算，如下代码所示： 
    void sha256_final(sha256_context_t *context, uint8_t *output);
    函数共有两个参数，第一个参数为输入 SHA256 上下文对象，第二个参数为存放 SHA256 计算的结果的 buffer ，需保证传入这个 buffer 的大小为 32Bytes 以上。
    sha256_hard_calculate 函数：
    该函数用于一次性对连续的数据计算它的 SHA256 Hash ，如下代码所示： 
    1. void sha256_hard_calculate(const uint8_t *input, size_t input_len, uint8_t
    2. *output);
    该函数有三个参数，第一、第二参数用于输入待 SHA256 计算的数据和数据的长度，第三
    个参数为存放 SHA256 计算的结果的 buffer ，需保证传入这个 buffer 的大小为 32Bytes 以上。

    2、源码案例

    main.c 如下所示： 
    1. uint8_t hash[SHA256_HASH_LEN];
    2. uint8_t compare1[] = {0xba, 0x78, 0x16, 0xbf, 0x8f, 0x01, 0xcf, 0xea, 0x41, 0x41,
    3. 0x40, 0xde, 0x5d, 0xae, 0x22, 0x23,
    4.  0xb0, 0x03, 0x61, 0xa3, 0x96, 0x17, 0x7a, 0x9c, 0xb4, 0x10,
    5. 0xff, 0x61, 0xf2, 0x00, 0x15, 0xad};
    6. uint8_t compare2[] = {0x58, 0xbe, 0xb6, 0xbb, 0x9b, 0x80, 0xb2, 0x12, 0xc3, 0xdb,
    7. 0xc1, 0xc1, 0x02, 0x0c, 0x69, 0x6f,
    8.  0xbf, 0xa3, 0xaa, 0xd8, 0xe8, 0xa4, 0xef, 0x4d, 0x38, 0x5e,
    9. 0x9b, 0x07, 0x32, 0xfc, 0x5d, 0x98};
    10. uint8_t compare3[] = {0x6e, 0x65, 0xda, 0xd1, 0x7a, 0xa2, 0x3e, 0x72, 0x79, 0x8d,
    11. 0x50, 0x33, 0xa1, 0xae, 0xe5, 0x9e,
    12.  0xe3, 0x35, 0x2d, 0x3c, 0x49, 0x6c, 0x18, 0xfb, 0x71, 0xe3,
    13. 0xa5, 0x37, 0x22, 0x11, 0xfc, 0x6c};
    14. uint8_t compare4[] = {0xcd, 0xc7, 0x6e, 0x5c, 0x99, 0x14, 0xfb, 0x92, 0x81, 0xa1,
    15. 0xc7, 0xe2, 0x84, 0xd7, 0x3e, 0x67,
    16.  0xf1, 0x80, 0x9a, 0x48, 0xa4, 0x97, 0x20, 0x0e, 0x04, 0x6d,
    17. 0x39, 0xcc, 0xc7, 0x11, 0x2c, 0xd0};
    18. uint8_t data_buf[1000*1000];
    19. int main(void)
    20. {
    21.  uint64_t cycle;
    22.  uint8_t total_check_tag = 0;
    23.  
    24.  uint32_t i;
    25.  printf("\n");
    26.  cycle = read_cycle();
    27.  sha256_hard_calculate((uint8_t *)"abc", 3, hash);
    28.  for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
    29.  {
    30.  if (hash[i] != compare1[i])
    31.      total_check_tag = 1;
    32.  printf("%02x", hash[i++]);
    33.  if (!(i % 4))
    34.  printf(" ");
    35.  }
    36.  printf("\n");
    37.  sha256_hard_calculate((uint8_t
    38. *)"abcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghij", 60, hash);
    39.  for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
    40.  {
    41.  if (hash[i] != compare2[i])
    42.  total_check_tag = 1;
    43.  printf("%02x", hash[i++]);
    44.  if (!(i % 4))
    45.  printf(" ");
    46.  }
    47.  printf("\n");
    48.  
    49.  sha256_hard_calculate((uint8_t
    50. *)"abcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefgha", 65, hash);
    51.  for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
    52.  {
    53.  if (hash[i] != compare3[i])
    54.  total_check_tag = 1;
    55.  printf("%02x", hash[i++]);
    56.  if (!(i % 4))
    57.  printf(" ");
    58.  }
    59.  printf("\n");
    60.  
    61.  memset(data_buf, 'a', sizeof(data_buf));
    62.  sha256_hard_calculate(data_buf, sizeof(data_buf), hash);
    63.  for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
    64.  {
    65.  if (hash[i] != compare4[i])
    66.  total_check_tag = 1;
    67.  printf("%02x", hash[i++]);
    68.  if (!(i % 4))
    69.  printf(" ");
    70.  }
    71.      printf("\n");
    72.      sha256_context_t context;
    73.      sha256_init(&context, sizeof(data_buf));
    74.      sha256_update(&context, data_buf, 1111);
    75.      sha256_update(&context, data_buf + 1111, sizeof(data_buf) - 1111);
    76.      sha256_final(&context, hash);
    77.  for (i = 0; i < SHA256_HASH_LEN;)
    78.  {
    79.      if (hash[i] != compare4[i])
    80.          total_check_tag = 1;
    81.      printf("%02x", hash[i++]);
    82.      if (!(i % 4))
    83.          printf(" ");
    84.  }
    85.  printf("\n");
    86.  cycle = read_cycle() - cycle;
    87.  if (total_check_tag == 1)
    88.      printf("\nSHA256_TEST _TEST_FAIL_\n");
    89.  else
    90.     printf("\nSHA256_TEST _TEST_PASS_\n");
    91.  printf("\nsha256 test time = %ld ms\n",
    92. cycle/(sysctl_clock_get_freq(SYSCTL_CLOCK_CPU)/1000));
    93.  while(1);
    94.  return 0;
    95. }
            可以看到，mian 函数首先计算‘ abc ’的哈希值，并将计算的值通过串口打印输出，接着
    计算字符串“ abcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghijabcdefghij ”的哈希值，然后同样
    将计算的值打印出来，然后计算字符串“ abcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabcdefghabc
    defghabcdefgha ”的哈希值并打印输出，接着计算多个字符‘ a ’和分块计算多个字符‘ a ’的哈
    希值，然后通过串口打印输出。
            至此，该函数总共输出 5 个不同的消息经过 SHA256 算法计算后得到的、各为 32 字节长度
    的哈希值。
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