ISCS_CABINET_CONTROL/mainboard/components/tools/AES_PKCS7.c

#include "AES_PKCS7.h"
//#include "malloc.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include "_string.h"

// 为了能针对C51进行优化，并且又使代码可用于ARM和PC等环境，
// 在非C51环境（没有定义__C51__）下需要把C51特定的关键字定义为空
#ifndef __C51__
	#define code
	#define data
	#define idata
	#define xdata
	#define pdata
	typedef unsigned char BOOL;
#else
	typedef bit BOOL;
#endif


#define Nk	(AES_KEY_LENGTH / 32)		// 以“字”（4字节）为单位的密钥长度
#define Nb	4							// 以“字”（4字节）为单位的加解密数据块大小，固定为4

// Nr：加密的轮数
#if   AES_KEY_LENGTH == 128
	#define Nr	10
#elif AES_KEY_LENGTH == 192
	#define Nr	12
#elif AES_KEY_LENGTH == 256
	#define Nr	14
#else
	#error AES_KEY_LENGTH must be 128, 192 or 256 BOOLs!
#endif

// GF(28) 多项式
#define BPOLY 0x1B // Lower 8 BOOLs of (x^8 + x^4 + x^3 + x + 1), ie. (x^4 + x^3 + x + 1).

// AES子密钥表，当密钥长度为128位时，占用176字节空间
static xdata unsigned char g_roundKeyTable[4*Nb*(Nr+1)];

// 加密用的SBox
static code const unsigned char SBox[256] = 
{
	0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,
	0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,
	0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
	0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,
	0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,
	0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
	0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,
	0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,
	0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
	0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,
	0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,
	0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
	0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,
	0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,
	0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
	0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16 
};

// 解密用的SBox
static code const unsigned char InvSBox[256] = 
{
	0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,
	0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb,
	0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e,
	0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,
	0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92,
	0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84,
	0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,
	0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b,
	0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73,
	0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,
	0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b,
	0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4,
	0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,
	0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef,
	0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
	0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d	
};


///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	RotationWord
//	描述：		对一个“字”数据进行循环右移。
//	输入参数：	pWord -- 要右移的4字节数据。
//	输出参数：	pWord -- 右移后的4字节数据。
//	返回值：	无。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
static void RotationWord(unsigned char *pWord)
{
	unsigned char temp = pWord[0];
	pWord[0]  = pWord[1];
	pWord[1]  = pWord[2];
	pWord[2]  = pWord[3];
	pWord[3]  = temp;
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	XorBytes
//	描述：		批量异或两组数据。
//	输入参数：	pData1 -- 要异或的第一组数据。
//				pData1 -- 要异或的第二组数据。
//				nCount -- 要异或的数据长度。
//	输出参数：	pData1 -- 异或后的结果。
//	返回值：	无。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
static void XorBytes(unsigned char *pData1, const unsigned char *pData2, unsigned char nCount)
{
	unsigned char i;
	
	for (i = 0; i < nCount; i++)
	{
		pData1[i] ^= pData2[i];
	}
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	AddRoundKey
//	描述：		把 中间状态数据 加上（异或）子密钥，数据长度为16字节。
//	输入参数：	pState	  -- 状态数据。
//				pRoundKey -- 子密钥数据。
//	输出参数：	pState	  -- 加上子密钥后的状态数据。
//	返回值：	无。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// static void AddRoundKey(unsigned char *pState, const unsigned char *pRoundKey)
// {
// 	XorBytes(pState, pRoundKey, 4*Nb);
// }

// AddRoundKey的宏形式，比函数形式可以节省4字节的data数据
#define AddRoundKey(pState, pRoundKey) \
	XorBytes((pState), (pRoundKey), 4*Nb)


///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	SubBytes
//	描述：		通过S盒子置换状态数据。
//	输入参数：	pState	-- 状态数据。
//				nCount  -- 状态数据长度。
//				bInvert	-- 是否使用反向S盒子（解密时使用）。
//	输出参数：	pState	-- 置换后的状态数据。
//	返回值：	无。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
static void SubBytes(unsigned char *pState, unsigned char nCount, BOOL bInvert)
{
	unsigned char i;
	const unsigned char code *pSBox = bInvert ? InvSBox : SBox;
	
	for (i = 0; i < nCount; i++)
	{
		pState[i] = pSBox[pState[i]];
	}
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	ShiftRows
//	描述：		把状态数据移行。
//	输入参数：	pState	-- 状态数据。
//				bInvert	-- 是否反向移行（解密时使用）。
//	输出参数：	pState	-- 移行后的状态数据。
//	返回值：	无。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
static void ShiftRows(unsigned char *pState, BOOL bInvert)
{
	// 注意：状态数据以列形式存放！

	unsigned char r;	// row，   行
	unsigned char c;	// column，列
	unsigned char temp;
	unsigned char rowData[4];
	
	for (r = 1; r < 4; r++)
	{
		// 备份一行数据
		for (c = 0; c < 4; c++)
		{
			rowData[c] = pState[r + 4*c];
		}
		
		temp = bInvert ? (4 - r) : r;
		for (c = 0; c < 4; c++)
		{
			pState[r + 4*c] = rowData[(c + temp) % 4];
		}
	}
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	GfMultBy02
//	描述：		在GF(28)域的 乘2 运算。
//	输入参数：	num	-- 乘数。
//	输出参数：	无。
//	返回值：	num乘以2的结果。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
static unsigned char GfMultBy02(unsigned char num)
{
	if ((num & 0x80) == 0)
	{
		num = num << 1;
	}
	else
	{
		num = (num << 1) ^ BPOLY;
	}
	
	return num;
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	MixColumns
//	描述：		混合状态各列数据。
//	输入参数：	pState	-- 状态数据。
//				bInvert	-- 是否反向混合（解密时使用）。
//	输出参数：	pState	-- 混合列后的状态数据。
//	返回值：	无。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
static void MixColumns(unsigned char *pState, BOOL bInvert)
{
	unsigned char i;
	unsigned char temp;
	unsigned char a0Pa2_M4;	// 4(a0 + a2)
	unsigned char a1Pa3_M4;	// 4(a1 + a3)
	unsigned char result[4];

	for (i = 0; i < 4; i++, pState += 4)
	{
		// b0 = 2a0 + 3a1 + a2 + a3 
		//    = (a0 + a1 + a2 + a3) + 2(a0 + a1) + a0

		temp = pState[0] ^ pState[1] ^ pState[2] ^ pState[3];
		result[0] = temp ^ pState[0] ^ GfMultBy02((unsigned char) (pState[0] ^ pState[1]));
		result[1] = temp ^ pState[1] ^ GfMultBy02((unsigned char) (pState[1] ^ pState[2]));
		result[2] = temp ^ pState[2] ^ GfMultBy02((unsigned char) (pState[2] ^ pState[3]));
		result[3] = temp ^ pState[3] ^ GfMultBy02((unsigned char) (pState[3] ^ pState[0]));

		if (bInvert)
		{
		// b0' = 14a0 + 11a1 + 13a2 + 9a3 
		//     = (a0 + a1 + a2 + a3) + 2(a0 + a1) + a0	（这部分为b0）
		//       + 2(4(a0 + a2) + 4(a1 + a3))
		//       +   4(a0 + a2)

			a0Pa2_M4 = GfMultBy02(GfMultBy02((unsigned char) (pState[0] ^ pState[2])));
			a1Pa3_M4 = GfMultBy02(GfMultBy02((unsigned char) (pState[1] ^ pState[3])));
			temp	 = GfMultBy02((unsigned char) (a0Pa2_M4 ^ a1Pa3_M4));
			result[0] ^= temp ^ a0Pa2_M4;
			result[1] ^= temp ^ a1Pa3_M4;
			result[2] ^= temp ^ a0Pa2_M4;
			result[3] ^= temp ^ a1Pa3_M4;
		}

		memcpy(pState, result, 4);
	}
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	BlockEncrypt
//	描述：		对单块数据加密。
//	输入参数：	pState -- 状态数据。
//	输出参数：	pState -- 加密后的状态数据。
//	返回值：	无。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
static void BlockEncrypt(unsigned char *pState)
{
	unsigned char i;
	
	AddRoundKey(pState, g_roundKeyTable);
	
	for (i = 1; i <= Nr; i++)	// i = [1, Nr]
	{
		SubBytes(pState, 4*Nb, 0);
		ShiftRows(pState, 0);

		if (i != Nr)
		{
			MixColumns(pState, 0);
		}

		AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*i]);
	}
	
// 为了节省代码，合并到循化执行
// 	SubBytes(pState, 4*Nb);
//	ShiftRows(pState, 0);
// 	AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*Nr]);
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	BlockDecrypt
//	描述：		对单块数据解密。
//	输入参数：	pState -- 状态数据。
//	输出参数：	pState -- 解密后的状态数据。
//	返回值：	无。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
static void BlockDecrypt(unsigned char *pState)
{
	unsigned char i;
	
	AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*Nr]);
	
	for (i = Nr; i > 0; i--)	// i = [Nr, 1]
	{
		ShiftRows(pState, 1);
		SubBytes(pState, 4*Nb, 1);
		AddRoundKey(pState, &g_roundKeyTable[4*Nb*(i-1)]);

		if (i != 1)
		{
			MixColumns(pState, 1);
		}
	}
}


///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	AES_Init
//	描述：		初始化，在此执行扩展密钥操作。
//	输入参数：	pKey -- 原始密钥，其长度必须为 AES_KEY_LENGTH/8 字节。
//	输出参数：	无。
//	返回值：	无。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void AES_Init(const void *pKey)
{
	// 扩展密钥
	unsigned char i;
	unsigned char *pRoundKey;
	unsigned char Rcon[4] = {0x01, 0x00, 0x00, 0x00};

	memcpy(g_roundKeyTable, pKey, 4*Nk);

	pRoundKey = &g_roundKeyTable[4*Nk];

	for (i = Nk; i < Nb*(Nr+1); pRoundKey += 4, i++)
	{
		memcpy(pRoundKey, pRoundKey - 4, 4);

		if (i % Nk == 0)
		{
			RotationWord(pRoundKey);
			SubBytes(pRoundKey, 4, 0);
			XorBytes(pRoundKey, Rcon, 4);

			Rcon[0] = GfMultBy02(Rcon[0]);
		}
		else if (Nk > 6 && i % Nk == Nb)
		{
			SubBytes(pRoundKey, 4, 0);
		}

		XorBytes(pRoundKey, pRoundKey - 4*Nk, 4);
	}
}

unsigned int AES_get_length(unsigned int length)
{
	return ((length>>4) + 1)<<4;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	AES_Encrypt
//	描述：		加密数据
//	输入参数：	pPlainText	-- 明文，即需加密的数据，其长度为nDataLen字节。
//				nDataLen	-- 数据长度，以字节为单位
//				pIV			-- 初始化向量，如果使用ECB模式，可设为NULL。
//	输出参数：	pCipherText	-- 密文，即由明文加密后的数据，可以与pPlainText相同。
//	返回值：	无。
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
unsigned int AES_Encrypt_PKCS7(const unsigned char *pPlainText, unsigned char *pCipherText, 
				 unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV)
{
	unsigned int i;
	//长度调整
	unsigned int length = nDataLen;
	nDataLen = ((nDataLen>>4) + 1)<<4;
	uint8_t p=(Nb<<2)-(length%(Nb<<2));
	if (pPlainText != pCipherText){memcpy(pCipherText,pPlainText,length);}
	//填充
	unsigned char temp[16];
	memset(temp,p,16);
	if(length<nDataLen)
	{
		memcpy(pCipherText + length,temp,nDataLen - length);
	}
	if(length == nDataLen)
	{
		memcpy(pCipherText + length,temp,16);
	}

	for (i = nDataLen/(4*Nb); i > 0 ; i--, pCipherText += 4*Nb)
	{
		#if AES_MODE == AES_MODE_CBC
			XorBytes(pCipherText, pIV, 4*Nb);
		#endif
		BlockEncrypt(pCipherText);
		pIV = pCipherText;
	}
	return(nDataLen);
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//	函数名：	AES_Decrypt
//	描述：		解密数据
//	输入参数：	pCipherText -- 密文，即需解密的数据，其长度为nDataLen字节。
//				nDataLen	-- 数据长度，以字节为单位，必须为AES_KEY_LENGTH/8的整倍数。
//				pIV			-- 初始化向量，如果使用ECB模式，可设为NULL。
//	输出参数：	pPlainText  -- 明文，即由密文解密后的数据，可以与pCipherText相同。
//	返回值：	无。
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void AES_Decrypt(unsigned char *pPlainText, const unsigned char *pCipherText, 
				 unsigned int nDataLen, const unsigned char *pIV)
{
	unsigned int i;

	if (pPlainText != pCipherText)
	{
		memcpy(pPlainText, pCipherText, nDataLen);
	}

	// 从最后一块数据开始解密，这样不用开辟空间来保存IV
	pPlainText += nDataLen - 4*Nb;
	for (i = nDataLen/(4*Nb); i > 0 ; i--, pPlainText -= 4*Nb)
	{
		BlockDecrypt(pPlainText);

		#if AES_MODE == AES_MODE_CBC
			if (i == 1)
			{// 最后一块数据
				XorBytes(pPlainText, pIV, 4*Nb);
			}
			else
			{
				XorBytes(pPlainText, pPlainText - 4*Nb, 4*Nb);
			}
		#endif
	}
}