W55MH32 硬件加密中实现 DES / 3DES 功能

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#W55MH32 #WIZnet #高性能以太网单片机 #DES/3DES #电子密码本 #密码块链接 #SSL

W55MH32 应用笔记：在 WIZnet W55MH32 硬件加密中实现 DES / 3DES 功能

目录

W55MH32 应用笔记：在 WIZnet W55MH32 硬件加密中实现 DES / 3DES 功能

1. 简介

2. DES / 3DES 简介

DES（数据加密标准）

3DES（三重 DES）

3. DES 与 3DES 的主要区别

4. ECB 与 CBC 模式简介

ECB（电子密码本模式）

CBC（密码块链接模式）

5. 操作流程

6. 在 SSL/TLS 协议中的作用

7. 应用场景

8. 使用步骤

步骤 1：头文件

步骤 2：DES 程序

步骤 3：主代码

步骤 4：测试结果

DES（全部为十六进制值）：

3DES（全部为十六进制值）：

Python 结果

9. 小结

1. 简介

WIZnet W55MH32 是一款集成硬件加密引擎的高性能微控制器，具备高达 216 MHz 的 ARM Cortex-M3 内核。其硬件加密引擎支持多种对称加密算法，包括 DES 和 3DES。通过硬件加速，W55MH32 可高效执行加密任务，显著减轻主 CPU 运算负担，提升系统数据安全性。本应用笔记介绍 DES 和 3DES 的基本概念、ECB/CBC 模式、两者的区别、操作流程、在 SSL/TLS 协议中的应用及适用场景。

2. DES / 3DES 简介

DES（数据加密标准）

DES 是一种对称加密算法，用于对数据以 64 位数据块为单位进行加密，每个块用 56 位密钥（64 位密钥中 8 位用于奇偶校验）处理。由于密钥长度较短，DES 在现代计算能力面前已不再安全，易受到暴力破解攻击。

3DES（三重 DES）

3DES 是对 DES 的安全增强版，通过对每个数据块执行三次 DES 运算（加密-解密-加密或三次加密），提升安全性。3DES 可使用 2 组或 3 组独立密钥，密钥长度分别是 112 位或 168 位。3DES 大大增加了穷举密钥空间的难度，使得暴力破解变得不可行。

3. DES 与 3DES 的主要区别

特性 DES 3DES
密钥长度 56 位有效密钥 112 位（2 密钥 3DES）或 168 位（3 密钥 3DES）
加密过程 单次 DES 加密 三次 DES 运算（加密-解密-加密）
安全性 易受暴力破解攻击 提供显著更高的安全性（但不如 AES）
速度 快 约为 DES 的 1/3 速度（因三重运算）
适用场景 已不推荐用于新应用，仅用于兼容性 金融、老旧系统兼容、对安全性要求较高的传统系统

3DES 的设计初衷是作为一种过渡方案，用于在 AES 等现代算法普及前增强基于 DES 系统的安全性。

4. ECB 与 CBC 模式简介

ECB（电子密码本模式）

ECB 模式中，每个数据块独立加密。相同的明文块在相同密钥下会生成相同的密文块，因此容易暴露数据模式。优点是简单、支持并行运算，但因安全性不足不推荐用于敏感数据。

CBC（密码块链接模式）

CBC 模式中，每个明文块在加密前与前一个密文块（或第一个块与 IV）异或。这样即使明文中存在重复块，加密后密文也会不同，从而更安全。CBC 模式能防止模式泄露，但加密过程中块间存在依赖关系。

5. 操作流程

在 W55MH32 硬件引擎中，DES / 3DES 操作流程包括：

  1. 初始化加密引擎，选择模式（DES 或 3DES）、块模式（ECB 或 CBC）、配置密钥及 IV（若使用 CBC）。
  2. 分块输入数据，按 64 位（8 字节）处理。
  3. 输出加密或解密后的数据结果。

6. 在 SSL/TLS 协议中的作用

在早期 SSL/TLS（如 SSL 3.0, TLS 1.0, TLS 1.1）中，3DES 是主要的对称加密算法（特别是 CBC 模式）。

  • DES 已基本不用于 SSL/TLS（因不安全）。
  • 3DES + CBC 曾用于保护数据传输的机密性。
  • 现代 TLS 1.2/1.3 已淘汰 DES 和 3DES，转向更高强度算法（如 AES-GCM、ChaCha20-Poly1305）。

7. 应用场景

W55MH32 的硬件 DES / 3DES 功能可应用于以下典型领域：

  • POS 机 / 金融终端数据加密
    用于确保交易数据在终端与后台系统之间传输过程中的机密性，例如 POS 机或 ATM 设备中的数据加密。

  • 配置文件或固件加密保护
    用于对设备配置文件、固件或授权文件进行加密，防止在传输或存储过程中被泄露或篡改。

  • 工控系统与老旧设备兼容
    适用于需要与传统工业控制设备或加密终端通信的应用场景，提供对称加密支持以实现数据安全。

  • 数据库或日志文件加密
    用于加密存储在本地的敏感数据、日志文件或配置数据，防止数据在设备丢失或被入侵时泄露。

8. 使用步骤

要使用此硬件 DES，需要执行以下步骤。

步骤 1：头文件

为了激活 DES 功能，需要包含 WIZnet 加密库中的 DES 头文件。

#include "wiz_des.h"

步骤 2：DES 程序

在 DES 算法中，需要将所有变量输入到 DES 结构体中并进行 DES 运算。EBC 和 CBC 方法的操作相同，但 CBC 方法需要添加一个额外的 IV 变量。

// 将
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WIZnet高性能以太网单片机W55MH32重磅发布！
WIZnet2012专栏
04-29 1755
本文详细解析了W55MH32芯片的高性能网络处理能力与硬件资源，以及两款开发板（L/Q-EVB）。芯片凭借TOE引擎、丰富外设及加密单元，为物联网设备提供高效解决方案；开发板通过集成仿真器与扩展接口，大幅降低开发门槛。文章为开发者提供了选型参考与快速入门指南，希望对您在学习、开发以太网相关产品时有所帮助。
WIZnet W55MH32 的 AES（ECB/CBC）硬件加密功能说明
WIZnet2012专栏
09-22 1168
WIZnet W55MH32是一款集成硬件AES加密引擎的微控制器，支持AES-128标准的ECB和CBC两种加密模式。该应用笔记详细介绍了AES算法原理、W55MH32的硬件加密流程及其在SSL/TLS协议中的重要性。通过示例代码展示了ECB和CBC模式的实现方法，并验证了与Python加密结果的一致性。该芯片的硬件加速特性可显著提升嵌入式系统的安全性能，适用于物联网设备安全通信、固件保护等场景，为低功耗设备提供高效的加密解决方案。
W55MH32 的 AES（ECB/CBC）硬件加密功能说明
WIZnet 中国社区官方博客
09-26 96
WIZnet W55MH32微控制器内置AES-128硬件加密引擎，支持ECB和CBC两种加密模式。该功能通过硬件加速实现高效数据加解密，降低CPU负载并提升安全性，适用于TLS/SSL通信、固件加密等场景。应用笔记详细说明了AES算法原理、硬件实现流程（包括初始化、密钥加载和数据处理步骤），并提供了ECB/CBC模式的代码示例和测试结果验证。该方案为物联网设备提供了可靠的数据保护能力，满足嵌入式系统对安全性和性能的双重要求。
W55MH32 的 TLS 硬件加密功能说明
WIZnet 中国社区官方博客
09-26 74
WIZnet W55MH32微控制器凭借其硬件加密功能实现了TLS1.2安全协议的高效运行。该芯片内置DES/AES/SHA加密单元和真随机数生成器(TRNG)，能够处理TLS握手过程中的密钥交换、证书验证等安全操作。测试中通过HTTPS连接百度服务器，完整展示了从TCP三次握手到TLS四次握手的全过程，包括ClientHello、密钥交换等关键步骤，最终使用AES-128-GCM算法建立加密通道。硬件加速使主CPU得以专注于应用逻辑，在嵌入式系统中实现了高性能的安全通信。
第二章 开发板与芯片介绍
WIZnet 中国社区官方博客
06-10 1026
本章介绍了W55MH32芯片及开发板。该芯片采用Cortex-M3内核，主频216MHz，集成以太网功能，有L和Q两种型号。配套开发板L-EVB功能丰富、Q-EVB为最小系统板，均含仿真器，可到官网获取资料。
W55MH32 硬件加密中实现 SHA（SHA-1 / SHA-256）
WIZnet2012专栏
09-24 1043
W55MH32是一款集成硬件加密的ARM Cortex-M3微控制器，支持SHA-1/SHA-256算法。本应用笔记详细介绍了SHA的Start-Update-Finish处理流程、在SSL/TLS协议中的作用（消息完整性、证书验证等）以及固件升级、密码存储等应用场景。通过包含wiz_sha.h头文件并使用三个核心函数，开发者可轻松实现硬件加速的哈希运算。测试结果表明其SHA功能运行正常，为嵌入式系统提供高效安全解决方案。
第一章 W55MH32 网络初始化示例
WIZnet2012专栏
07-23 1039
本文介绍了基于W55MH32芯片的TCP/IP网络实现方案。该芯片集成TOE引擎，包含硬件TCP/IP协议栈、MAC和PHY，简化了嵌入式以太网开发。文章详细讲解了网络地址信息（IP、子网掩码、网关、DNS）的作用，并提供了网络初始化的具体实现步骤：定义网络信息、硬件初始化、TOE引擎启动、PHY链路检测、网络地址设置及IP回读验证。实验结果表明PC端可以成功PING通设备，文章还给出了故障排查方法。该方案为嵌入式系统提供了高效、简便的网络接入方案，为后续DHCP实现奠定了基础。
第三章 W55MH32 TCP Client示例
WIZnet2012专栏
07-23 791
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