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K230 AES 加解密教程

什么是 AES？

AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准） 是一种对称加密算法，被广泛应用于文件保护、网络通信、嵌入式设备加密等场景。

K230 芯片内置硬件加速模块，可通过 ucryptolib.aes 快速实现 AES 加密和解密操作。

支持的 AES 模式

模式	特性描述
ECB	电码本模式，最基本但不安全
CBC	密码块链接模式，安全性更强
CTR	计数器模式，适合流式数据

本示例内容

本教程使用 AES-CBC（密码块链接）模式，展示如何对一段任意长度的数据进行：

• 数据填充（Pad）

• 加密（Encrypt）

• 解密（Decrypt）

• 验证原始明文一致性

示例代码

import urandom
from ucryptolib import aes

# ========== 辅助函数：填充与去填充 ==========
def pad(data):
    pad_len = 16 - len(data) % 16
    return data + bytes([pad_len] * pad_len)

def unpad(data):
    pad_len = data[-1]
    return data[:-pad_len]

# ========== 加密函数 ==========
def aes_encrypt(plaintext: bytes, key: bytes) -> bytes:
    iv = bytes([urandom.getrandbits(8) for _ in range(16)])  # 生成随机 IV
    cipher = aes(key, 2, iv)  # 模式 2 = CBC
    padded = pad(plaintext)
    ciphertext = cipher.encrypt(padded)
    return iv + ciphertext  # 返回 IV + 密文

# ========== 解密函数 ==========
def aes_decrypt(data: bytes, key: bytes) -> bytes:
    iv = data[:16]
    ciphertext = data[16:]
    cipher = aes(key, 2, iv)
    padded_plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)
    return unpad(padded_plaintext)

# ========== 示例使用 ==========
key = b"0123456789abcdef"              # 16字节密钥
plaintext = b"This is a raw data"      # 明文（不一定是16的倍数）

encrypted_data = aes_encrypt(plaintext, key)
print("密文 (IV + Ciphertext):", encrypted_data)

decrypted_data = aes_decrypt(encrypted_data, key)
print("解密后明文:", decrypted_data)

assert decrypted_data == plaintext, "明文解密不一致！"

核心流程解析

1. 补齐明文（Padding）

由于 AES 加密块大小为 16 字节，需对明文进行 PKCS#7 填充：

pad_len = 16 - len(data) % 16
data + bytes([pad_len] * pad_len)

2. 随机生成 IV

在 CBC 模式中，每次加密都需新的随机初始向量（IV）：

iv = bytes([urandom.getrandbits(8) for _ in range(16)])

3. CBC 模式加密 & 解密

cipher = aes(key, 2, iv)   # 模式 2：CBC
cipher.encrypt()           # 加密
cipher.decrypt()           # 解密

注意：CBC 模式无法验证数据完整性，若需认证请考虑 GCM 模式。

模块接口说明

函数/类名	功能说明
aes(key, mode, iv)	创建 AES 加解密器，mode=2 为 CBC 模式
.encrypt(data)	加密字节串（长度必须为 16 的倍数）
.decrypt(data)	解密字节串（同上）

参数说明

参数	类型	描述
key	bytes	16 字节密钥（支持 128 位）
iv	bytes	16 字节初始向量，用于 CBC 加密
data	bytes	原始明文 / 密文（需 pad/unpad 处理）

应用建议

应用场景	推荐说明
数据存储加密	使用 AES-CBC 加密配置文件或日志
串口传输加密	加密传输数据，配合 IV 实现安全通信
简单认证通信	推荐结合 HMAC 使用，否则 CBC 不具备数据完整性校验

延伸阅读

• 📘 K230 Ucryptolib 模块 API 文档