ESP32+Arduino+Mbed TLS实现RSA加密解密

最近有一个实现RSA加密的任务，要在ESP32上面做，首先我尝试了openssl的方案，结果做完了才发现Arduino不支持动态链接C语言库…在网上找了好久的资料，终于找到一个叫做mbedtls的库，奈何相关的文章实在是太少太少，好多都是注水的文章。为了造福挣扎于嵌入式苦海的小伙伴们，下面我将介绍如何使用Mbed TLS实现在ESP32上的RSA加密。

开发环境

上位机：Mac Pro 64位

下位机：ESP32 DevKitC V4

IDE：VSCode

编译工具：Arduino CLI(不会用的可以参考一下我之前的这篇文章)

用Arduino IDE应该也是能做的，有兴趣的可以自己尝试一下。

Mbed TLS简介

ARM mbedtls使开发人员可以非常轻松地在嵌入式产品中加入加密和 SSL/TLS 功能。它提供了具有直观的 API 和可读源代码的 SSL 库。该工具即开即用，可以在大部分系统上直接构建它，也可以手动选择和配置各项功能。

mbedtls 库提供了一组可单独使用和编译的加密组件，还可以使用单个配置头文件加入或排除这些组件。 从功能角度来看，该mbedtls分为三个主要部分：

• SSL/TLS 协议实施。
• 一个加密库。
• 一个 X.509 证书处理库。

这是它的老版官网：

SSL Library mbed TLS / PolarSSL

最新的地址是：

Mbed TLS

github项目主页：

https://github.com/ARMmbed/mbedtls

RSA加密特性介绍

密钥长度、明文长度、密文长度

使用1024bit密钥进行加密时，密钥长度为1024/8 = 128 bytes，虽然公钥文件和私钥文件的长度看起来不一样，其实解析之后都是128字节，可以自己在程序代码中添加打印rsa.len的操作进行查看。

明文长度，对于不同的填充方式来说是不一样的：

1. RSA_PKCS1_PADDING 填充模式，最常用的模式，也是我这里使用的模式。这种模式下，所用的明文长度必须比密钥长度少11字节，也就是说上限为117字节。如果输入的明文过长，必须切割，然后填充。
2. RSA_PKCS1_OAEP_PADDING，是PKCS#1推出的新的填充方式，安全性是最高的，和前面RSA_PKCS1_PADDING的区别就是加密前的编码方式不一样。这种填充方式要求明文长度比密钥长度少41字节(也有42字节的说法，看具体函数的要求)。
3. RSA_NO_PADDING，不填充。如果你的明文不够128字节，加密的时候会在你的明文前面，前向的填充零。这种填充模式下，明文长度可以和RSA密钥长度相等，如果输入的明文过长，必须切割，然后填充。

密文长度，三种方式下均为128字节。

问题分析

为了实现在ESP32上进行RSA加密，我们需要解决两个问题：

1. 文件系统
2. 密钥格式

由于ESP32没有自带的文件系统(关于spiffs是否可行，我没有进行测试)，所以这里我采用了将密钥储存在字符串中的方式。

因为我之前用mbedtls_pk_encrypt进行加密时无法选择填充模式，所以我改用了 mbedtls_rsa_pkcs1_encrypt(两种方式的区别，点这里)，去网上找了个demo是用mbedtls_mpi_read_file去读取密钥信息的，我搜了一下这个函数，有个类似的函数叫mbedtls_mpi_read_string。但如果你用mbedtls_mpi_read_string函数去读取pem格式的公钥的话，会失败，因为mbedtls的RSA加密默认支持的格式不是pem格式(很奇怪，如果用mbedtls_pk_parse_key</