用于 ADF7023 和 ADF7023-J 的 AES 加密与解密
简介
本文说明 ADF7023 和 ADF7023-J 收发器可用的高级加密标准 (AES) 固件模块(在下文中，提到 ADF7023 的内容也适用于 ADF7023-J)。 可下载的 AES 固件模块支持密钥大小为 128 位、192 位和 256 位的 128 位块加密和解密。 它支持两种模式：电码本 (ECB) 模式和密码块链接 (CBC) 模式 1。
图 1. ECB 模式
ECB 模式利用一个密钥逐块地加密和解密 128 位数据，如图 1 所示。 CBC 模式 1 则是先做一次加法运算(通过模 2 算法，用户提供的 128 位初始化向量)再加密， 所得的密文用作下一个块的初始化向量，依此类推，如图 2 所示。
解密过程正好相反。 固件利用片内硬件加速模块来增大吞吐量，并将 AES 处理的延迟时间降至最短。
该固件模块名为 rom_ram_7023_2_2_RS_AES.dat，包含里德-所罗门 (RS) 前向纠错和AES加密，可从 www.analog.com/firmwaremodules-adf7023 下载。
图 2. CBC 模式 1
命令和数据包随机存取存储器寄存器位置
表 1. 需在 AES 加密或解密之前进行初始化的寄存器位置
1 这些寄存器定义针对该固件模块，不适用于 ADF7023 的正常操作。
AES 配置变量、密钥和数据存储在数据包随机存取存储器 (RAM) 中。
表 2 中列出了执行 AES 加密、生成逆密钥或执行 AES 解密所需的命令。 有关 AES 加密和解密步骤的更多信息，参见 “AES 步骤”部分。
由于使用指针、不同密钥大小和两种不同模式，ADF7023 上的 AES 实现是高度可配置的。 图 3 显示了一个配置示例。
表 2. AES 命令
图 3. AES 操作的数据包 RAM 存储器分配示例
AES 步骤
向 ADF7023 写入 AES 固件模块
使用 AES 固件模块之前，用户必须将其写入 ADF7023 的程序 RAM 中。 下列步骤详细解释了如何向程序 RAM 写入 AES 固件模块：
1. 确保 ADF7023 处于 PHY_OFF 状态。
2. 发出 CMD_RAM_LOAD_INIT 命令(地址 0xBF)。
3. 使用串行外设接口 (SPI) 存储器块写入命令 (0x1E00 [固件模块])向程序 RAM 写入模块;有关块写入的更多信息，请参见 ADF7023 数据手册。
4. 发出 CMD_RAM_LOAD_DONE 命令(地址 0xC7)。
固件模块现已存储到程序 RAM 中。
AES 加密步骤
下列步骤详细说明了如何执行 AES 加密：
1. 将 AES 工作空间的起始地址写入 VAR_W_PTR。
2. 写入 VAR_KEYSIZE 以设置密钥大小。
3. 写入 VAR_AES_MODE 以选择 ECB 模式或 CBC 模式 1。
4. 若使用 CBC 模式 1 (若使用 ECB 模式则跳过此步)，
a. 将加密初始化向量的起始地址写入 VAR_ECV_PTR。
b. 将初始化向量写入 VAR_ECV_PTR 指定的位置。
5. 将密钥的地址写入 VAR_WFOR_PTR。
6. 将密钥写入 VAR_WFOR_PTR 指定的位置。
7. 将要加密的 16 字节块数写入 VAR_NUM_BLOCKS。
8. 将要加密的数据地址写入 VAR_C_PTR。
9. 将要加密的数据写入 VAR_C_PTR 指定的位置。
10. 发出 CMD_AES_ENCRYPT (0xD0)。 用加密后的数据覆盖要加密的数据。
11. 等待命令完成。
AES 加密示例
在下面的 AES 加密示例中，将 SPI 命令写入 ADF7023：
1. 写入 0x18112A。 VAR_W_PTR 设置为 0x2A。 算法的 32 字节工作空间从地址 0x02A 开始。
2. 写入 0x18140C。 通过 VAR_KEYSIZE 选择 128 位的密钥。
3. 写入 0x181600。 通过 VAR_AES_MODE 选择 ECB 模式。
4. 不使用 CBC 模式 1，因此跳过第 4 步。
5. 写入 0x18136A。 VAR_WFOR_PTR 设置为 0x6A。 密钥从地址 0x06A 开始。
6. 将密钥写入从地址 0x06A 开始的数据包 RAM。
7. 写入 0x180101。 VAR_NUM_BLOCKS 设置为 0x01。 加密一个 16 字节块。
8. 写入 0x18108A。 VAR_C_PTR 设置为 0x8A。 要加密的数据从地址 0x08A 开始。
9. 将要加密的数据写入从地址 0x08A 开始的数据包 RAM。
10. 写入 0xD0。 发出 CMD_AES_ENCRYPT。
11. 等待命令完成。
AES 解密步骤
下列步骤详细说明了如何执行 AES 解密：
1. 将 AES 工作空间的起始地址写入 VAR_W_PTR。
2. 写入 VAR_KEYSIZE 以设置密钥大小。
3. 写入 VAR_AES_MODE 以选择 ECB 模式或 CBC 模式 1。
4. 将密钥的地址写入 VAR_WFOR_PTR。
5. 将密钥写入 VAR_WFOR_PTR 指定的位置。
6. 将逆密钥的地址写入 VAR_WINV_PTR。
7. 若使用 CBC 模式 1 (若使用 ECB 模式则跳过此步)，
a. 将解密初始化向量的地址写入 VAR_DCV_PTR。
b. 将初始化向量写入 VAR_DCV_PTR 指定的位置。
c. 将解密需要的保留存储地址写入 VAR_CIPHERBUF_PTR。
8. 发出 CMD_AES_DECRYPT_INIT (0xD1)。 此命令生成并保存逆密钥。
9. 等待命令完成。
10. 将要解密的 16 字节块数写入 VAR_NUM_BLOCKS。
11. 将要解密的数据地址写入 VAR_C_PTR。
12. 将要解密的数据写入 VAR_C_PTR 指定的位置。
13. 发出 CMD_AES_DECRYPT (0xD2)。 用解密后的数据覆盖要解密的数据。
14. 等待命令完成。
AES 解密示例
在下面的 AES 解密示例中，将 SPI 命令写入 ADF7023：
1. 写入 0x18112A。 VAR_W_PTR 设置为 0x2A。 算法的 32 字节工作空间从地址 0x02A 开始。
2. 写入 0x18140C。 通过 VAR_KEYSIZE 选择 128 位的密钥。
3. 写入 0x181600。 通过 VAR_AES_MOD E选择 ECB 模式。
4. 写入 0x18136A。 VAR_WFOR_PTR 设置为 0x6A。 密钥从地址 0x06A 开始。
5. 将密钥写入从地址 0x06A 开始的数据包 RAM。
6. 写入 0x18124A。 VAR_WINV_PTR 设置为 0x4A。 逆密钥从地址 0x04A 开始。
7. 不使用 CBC 模式 1，因此跳过第 7 步。
8. 写入 0xD1。 发出 CMD_AES_DECRYPT_INIT。 此命令生成并保存逆密钥，从地址 0x04A 开始。
9. 等待命令完成。
10. 写入 0x180101。 VAR_NUM_BLOCKS 设置为 0x01。 解密一个 16 字节块。
11. 写入 0x18108A。 VAR_C_PTR 设置为 0x8A。 要解密的数据从地址 0x08A 开始。
12. 将要解密的数据写入从地址 0x08A 开始的数据包 RAM。
13. 写入 0xD2。 发出 CMD_AES_DECRYPT。
14. 等待命令完成。
确定 AES 命令完成的时间
使用 CMD_FINISHED 中断来确定 CMD_AES_ENCRYPT、CMD_AES_DECRYPT_INIT 和 CMD_AES_DECRYPT 命令何时完成。 要使能该中断，请置位 INTERRUPT_MASK_1 寄存器(地址 0x101) 的位 0 (CMD_FINISHED)。 置位该屏蔽位后，ADF7023 的中断引脚 (IRQ_GP3) 将在完成任何命令后置位。 向 INTERRUPT_SOURCE_1 (地址 0x337) 的位 0 写入逻辑 1 可清除中断。 有关中断产生的更多信息参见 ADF7023 数据手册。
AES 加密和解密时间
典型 AES 执行时间如表 3 所示。
表 3. AES 初始化、加密和解密时间
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