利用MAXQ1103微控制器产生RSA密钥

利用MAXQ1103微控制器产生RSA密钥

摘要：Maxim的RSA密钥生成库提供了一个简单易用的接口，利用MAXQ1103微控制器生成RSA密钥。MAXQ1103设计用于金融系统终端，具有包括RSA在内的一系列安全功能。RSA库利用模算术加速器(MAA)，可提供长达2048位的加密操作。MAA允许用户进行一系列运算，这些运算对于密码操作非常重要。本文阐述了MAXQ1103评估(EV)板和CrossWorks开发环境，提供了一个理想的安全应用开发平台。

概述

本应用笔记介绍了利用MAXQ1103 RISC安全微控制器生成RSA密钥对的方法，并讨论了如何使用RSA密钥对设置加密和解密普通文本信息。为了对比RSA计算时间，本文提供了DS5250高速安全微控制器的相关数据，可以清楚地看出MAXQ1103对性能的提升。

MAXQ1103设计用于金融终端，提供包括RSA在内的许多安全功能。硬件模算术加速器(MAA)提供长达2048位的加密操作。MAA允许用户进行一系列运算，而这些运算对于加密操作非常重要。操作例程包括：模取幂(ae模m)、模乘(a × b模m)、模平方(b²模m)、模平方及模乘法((b²模m) × a模m)、模加、模减。

MAXQ1103评估(EV)板和CrossWorks开发环境提供了一个理想的平台，用于开发加密系统。评估套件包括所有开发工具：4MB外部程序存储器、4MB外部数据存储器、2个串口、2个智能卡芯片(一个用于大卡、一个用于SIM卡)、1个USB连接器、1个LCD显示屏、1个16位键盘和原型开发区域。

产生RSA密钥对

可以发送邮件至： micro.support@maxim-ic.com (English only)获得产生RSA密钥对的二进制例程代码(rsa_1103.hex)和应用程序。

以下信息将帮助您建立并运行RSA密钥对的应用程序，该程序基于C语言，可以使用MAXQ30的CrossWorks编译器。

设置MAXQ1103评估板

参考应用笔记4273：“采用MAXQ1103评估套件和面向MAXQ30的CrossWorks编译器进行设计”，获得建立MAXQ1103开发环境的详细信息。

MAXQ1103评估板如图1所示，生成RSA密钥对所需要的硬件包括：

1. MAXQ1103评估板
2. JTAG板
3. JTAG电缆(用于连接MAXQ1103评估板和JTAG板)
4. 9针串口电缆(连接PC的COM口和评估板的串口0)
5. 两路稳压电源(5V，±5%，300mA，中心位置为正)；一路电源支持MAXQ1103评估板，另一路用于JTAG板供电。

评估板跳线设置如下表所示：

1. 安装MAXQ30 CrossWorks编译器，可以从Rowley Associates获得配套工具，本文使用的版本号为2.0.0.2008063000.2293。
2. 用串口电缆连接评估板的端口0和PC的COM口，可以通过PC观察系统输出。
3. 用串口电缆连接JTAG板和PC的COM口，通过该连接将应用程序下载到评估板。
4. 打开项目rsa_1103.hzp。
5. 点击项目，重新生成rsa_1103.hzx输出文件。该文件下载到MAXQ1103评估板，除此之外，也可以修改项目属性生成rsa_1103.hex文件。选择项目属性，然后选择链接，选择其它输出格式，从下拉菜单选择“hex”。
6. 在Targets窗口中利用“Connect to the target”键连接目标。
7. 将结果打印到评估板的串口0。
   
   打开超级终端，配置适当的COM口连接，波特率为115200、8位数据位、无奇偶校验、1位停止位、没有流控制。
   
   或者
   
   可以使用Maxim的微控制器开发工具(MTK)观察应用结果，安装MTK并打开终端模式。设置串口波特率为115200，打开串口连接。
8. 点击Debug，加载并运行程序。本应用笔记使用MTK观测结果。

例程此时将提醒您输入所需要的数据“Enter key length bits to be generated:”。

输入数值(例如：1024)，然后等待显示结果。图2显示了程序运行状态，生成1024位字长的RSA密钥对大概需要5秒钟，然后加密和解密随机信息。每次程序运行所需要的时间不尽相同，表1显示了生成RSA密钥对在不同位长下的平均时间。


图2. 例程运行状态及结果

利用RSA密钥生成库开发一个简单应用

库文件提供基于C语言、简单易用的接口函数，生成密钥对，并使用私钥/公钥加密、解密用户信息。请参考rsalib_1103.h文件了解这些接口的使用，以下例程说明了这些接口函数的使用：

rsa_generateKeySet(...)
rsa_bignumModExp(...)

这些接口函数的典型用法如下所示：

{
        unsigned long exp = 0x10001;                    // public exponent
        DIGIT *c,*x;
        BIGNUM *d;
        BIGNUM *e;
        BIGNUM *pq;
        DIGIT *plain_text;

        d = rsa_newNum();
        e = rsa_newNum();
        pq = rsa_newNum();

        // generate the public and private key pair
        // 'maxq1103_rnd' is a call-back function to generate random numbers 
        using 'random number generator' (RNG) module built into the MAXQ1103 

microcontroller.

        err = rsa_generateKeySet(d,e,exp,maxq1103_rnd,pq,keylen);

        if(err != RSA_SUCCESS)
        {       printf("\nFailed to generate RSA Keysets. Error code=%d",err);
                rsa_freeNum(d);
                rsa_freeNum(e);
                rsa_freeNum(pq);
                return;
        }

        // allocate memory for 'plain_text' and 'assign values'
        // allocate memory for 'x' which will contain the encrypted text

rsa_bignumModExp(x,plain_text,e,pq);  // use public key for encryption

// allocate memory for 'c' which will contain the decrypted/original text

        rsa_bignumModExp(c,x,d,pq);    // use private key for decryption

}

不同位长度对应的典型测试结果如下所示，每次程序运行所需要的时间不尽相同。

表1. 生成RSA密钥的平均时间

结论

Maxim提供RSA密钥生成库，这些库文件允许基于C语言访问MAXQ1103硬件的相关功能，生成最大2048位的密钥。使用MAXQ1103的内置MAA和RNG模块计算RSA密钥对。MAA硬件模块支持IEEE®公钥加密标准(P1363)，支持基于DSA、RSA和ECDSA的非对称算法。