Autosar Crypto Driver学习笔记（一）

t007

Crypto Driver



Pre-Configuration

General Behavior

Error classification错误分类

Error detection

Crypto Driver


Crypto Driver属于信息安全协议栈的最下层，与MCU紧密相关，一般Driver由芯片厂商提供(包含在MCAL中)，而且一般还会提供对应的Framework(可能是芯片厂商，如NXP，也可能是第三方，如Vector)

Crypto Driver实现了同步和异步 cryptographic  primitives的通用接口。它还支持加密服务的密钥存储、密钥配置和密钥管理
Pre-Configuration

Crypto Driver的供应商必须为代表Crypto Driver功能的Crypto Driver提供预配置。预配置应与Crypto Driver的bswmd文件一起交付
Cryptographic capabilities加密能力

Crypto Driver的功能可以分为两个主要主题:密钥存储和支持的算法。可以通过创建一个新的cryptopprimitive容器来预先配置受支持的算法.AES-CMAC算法配置示例如下：
static const Crypto_PrimitiveType Crypto_aPrimitives_CDO_Symmetric[1U] =

{

  {

   MAC_GENERATE,

   (uint8)CRYPTO_ALGOFAM_AES,

   (uint8)CRYPTO_ALGOMODE_CMAC,

   (uint8)CRYPTO_ALGOFAM_NOT_SET

  }

};

Crypto_PrimitiveType定义如下：
typedef struct
{
    const Crypto_PrimitiveServiceType eService;
    const uint8                       u8AlgoFamily;
    const uint8                       u8AlgoMode;
    const uint8                       u8SecondaryAlgoFamily;
} Crypto_PrimitiveType;

所有支持的加解密服务都需要通过配置CryptoPrimitives来实现。如果没有配置对应的服务，则驱动不支持对应的算法。
Available Keys可用密钥

由Crypto Driver提供的密钥也可以预配置。一个CryptoKey容器引用一个特定的CryptoKeyType。CryptoKeyType提供了在引用此CryptoKeyType的CryptoKey中包含哪些密钥元素的信息。

供应商还预先配置要定义的关键元素:

-读写权限

-元素的最大大小

-如果该元素可以用小于最大大小的数据进行读写

-如果元素尚未初始化，则启动后的init值

init值就是在初始化加密驱动程序时key元素为空时存储到key元素中的值。例如，它用于id为CRYPTO_KE_<Service>_ALGORITHM的key元素。这样才能配置密钥管理功能。为了在一个加密驱动程序中提供不同的密钥交换算法，供应商可以预先配置以下容器，并将CRYPTO_KE_<Service>_ALGORITHM密钥元素的初始化值设置为供应商特定的值:

CryptoKeyElement_KeyExchange_Algorithm_RSA

ID = 11Init value = 0x00Size = 1Read Access = RA_NONEWrite Access = WA_NONE

General Behavior

The Crypto Driver can have one or more Crypto Driver Objects. Driver Objects会关联CryptoPrimitives.

一个 Crypto Driver Object一次只能支持处理一个job。多个Crypto Driver Objects可以同时处理多个job
Normal Operation


调用Start开始运算，调用Update更新数据，调用Finish完成job

要通过使用Crypto_ProcessJob()的单个调用来处理加密服务，操作模式“CRYPTO_OPERATIONMODE_SINGLECALL”是3种模式“START”，“UPDATE”和“FINISH”的分离(按位或)。
Functional Requirements

注意:作业是同步处理还是异步处理的信息是Crypto_JobType的一部分,也就是在JobType中配置，对应的定义为Crypto_ProcessingType。
Synchronous Job Processing

当使用同步作业处理时，相应的接口函数应在此函数调用的上下文中同步计算结果。

如果Crypto Driver有一个队列，并且如果发布了一个 synchronous job，并且优先级大于队列中可用的最高优先级，则Crypto Driver应禁止处理队列中的新作业，直到当前处理的作业完成后，下一次调用main function完成为止。
Asynchronous Job Processing

如果使用异步作业处理，接口函数应该只将必要的信息传递给primitive。实际的计算可能由 main function开始

对于每个异步请求，Crypto Driver应该通过调用CRYIF_CallbackNotification函数来通知CRYIF作业的完成，该函数传递job information和加密操作的结果
Design Notes

Crypto Driver提供两个服务:(1)加密服务本身和(2)密钥管理。
Priority-dependent Job Queue基于优先级的作业队列

(可选)每个Crypto Driver Object都能够将作业排成队列，一个接一个地处理它们。

当Crypto Driver队列的大小设置为0时，加密驱动程序对象应禁用队列。

队列按照配置的作业优先级对作业进行排序。作业优先级值越高，表示作业的优先级越高。

如果调用Crypto_ProcessJob()，当队列为空且Crypto Driver Object不忙时，Job将切换到该状态

' active '并执行crypto primitive

如果调用Crypto_ProcessJob()并且队列已满，该函数将返回CRYPTO_E_QUEUE_FULL。

注意:必须确保异步作业的处理速度足够快，以避免同步作业必须等待很长时间。还建议对异步作业使用CRYPTO_OPERATIONMODE_SINGLECALL。

注意:一个Crypto Driver Object可以同时处理不同的任务，包括同步和异步任务处理。但是，同步作业处理和作业队列可能没有用处。因此，如果选择同步作业处理，则不会使用作业队列，只有在Crypto Driver Object不忙时才会处理作业。

如果调用了Crypto_ProcessJob()并且Job在“ACTIVE”状态时，Crypto_ProcessJob()将检查请求的作业是否与Crypto Driver Object中的当前作业匹配，如果是，则将其从队列中绕过。

这意味着只有操作模式为“START”的作业才会排队。如果操作模式为“START”的作业已经完成，则Crypto Driver Object 正在等待输入。回调函数指示被调用方应该执行“UPDATE”或“FINISH”调用。

如果异步作业处理调用Crypto_ProcessJob()，且队列未满，但Crypto Driver Object is busy，且作业的操作模式为START，则Crypto Driver Object将该job放入队列并返回E_OK。

如果使用同步作业处理调用Crypto_ProcessJob()并且队列未满，但是Crypto Driver Object is busy，则Crypto Driver Object不将作业排队并返回CRYPTO_E_BUSY。任何作业都不能放在任何队列中
Key Management密钥管理

一个Key由一个或多个Key elements组成。

Key elements的示例包括key本身、初始化向量、随机数生成的种子状态或SHE标准的证明。

每个Key elements都具有定义的读或写访问权限。访问权限本身由具有赋值的枚举定义(参见

[ECUC_Crypto_00024]或[ECUC_Crypto_00027])CryptoKeyElement。

对于访问权限来说，值越小，权限越高。例如CRYPTO_RA_ALLOWED=0为最高权限，

当需要直接访问key elements时，应考虑访问权。这适用于读和写访问

当使用密钥复制接口复制密钥元素时，源密钥元素必须具有比目标密钥元素更高或相同的权限。源密钥必须至少具有以下权限CRYPTO_RA_INTERNAL_COPY或更低的值

信息:只有当key elements位于相同的crypto driver object中时，才能执行internal copy操作。

作业应使用指定的key elements，而不保护密钥访问权限，但以下情况除外:

•如果一个key元素用于使用输入重定向的输入，该key元素必须具有CRYPTO_RA_INTERNAL_COPY或更低的访问权限。如果对CryptoPrimitiveService ENCRYPT/DECRYPT或AEAD_ENCRYPT/AEAD_DECRYPT使用输入重定向，则访问权限必须设置为RA_ENCRYPTED或更低

•如果一个key元素用于输出重定向，该key元素必须具有CRYPTO_WA_INTERNAL_COPY或更低的访问权限。

•使用密钥交换操作生成密钥的任何密钥元素应具有至少CRYPTO_RA_INTERNAL_COPY或更低的访问权限

•对于密钥派生，源密钥的访问权限至少为CRYPTO_RA_INTERNAL_COPY或更低。目标密钥至少具有源密钥的访问权限或更低的访问权限

密钥的状态是“有效”或“无效”。

如果密钥处于“无效”状态，使用该密钥的加密服务将返回CRYPTO_E_KEY_NOT_VALID。
Key Formats

具有标识的非对称密钥材料按照ASN.1格式的RFC5958规定。带格式说明符的关键材料

CRYPTO_KE_FORMAT_BIN_IDENT_PRIVATEKEY_ PKCS8需要遵循以下格式规范:
OneAsymmetricKey ::= SEQUENCE {
version Version,
KeyAlgorithm KeyAlgorithmIdentifier,
keyMaterial KeyMaterial,
attributes* [0] Attributes OPTIONAL,
...,
[[2: publicKey* [1] PublicKey OPTIONAL ]],
...
}

Version：版本，KeyAlgorithmIdentifier：密钥算法标识，KeyMaterial：密钥值
Definition of RSA Key Material

对于CRYPTO_KE_FORMAT_BIN_ RSA_PRIVATEKEY, RSA私钥的参数' KeyMaterial OCTET STRING '是根据IETF RFC8017定义的，具有以下内容:
KeyMaterial ::= RSAPrivateKey
RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
version Version,
modulus INTEGER, -- n
publicExponent INTEGER, -- e
privateExponent INTEGER, -- d
prime1 INTEGER, -- p
prime2 INTEGER, -- q
exponent1 INTEGER, -- d mod (p-1)
exponent2 INTEGER, -- d mod (q-1)
coefficient INTEGER -- (inverse of q) mod p }

“version”为版本号，以确保与本文档未来版本的兼容性。这个版本的文件应该是0。

·模为模n。

•publicExponent为公共指数e。

•privateExponent为私有指数d。

•prime1是n的质因数p。

•prime2是n的质因数q。

•exponent1为d mod (p-1)。

•exponent2为d mod (q-1)。

·系数为e Chinese Remainder Theorem coefficient(q的倒数) mod p

RSA公钥的格式为CRYPTO_KE_FORMAT_BIN _RSA_PUBLICKEY的示例如下：
RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
modulus INTEGER, -- n
publicExponent INTEGER, -- e
}

RSAPublicKey类型的字段含义如下:

·模为模n。

•publicExponent为公共指数e。

RSA公钥的格式为CRYPTO_KE_FORMAT_BIN _IDENT_RSA_PUBLICKEY的示例如下：
PublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
KeyAlgorithmIdentifier ::= AlgorithmIdentifier,
publicKey ::= RSAPublicKey
}

RSA密钥的算法标识符应该为1.2.840.113549.1.1.1。这对应于ASN.1编码的OID值“2A 86 48 86”f70d 01 01 01”。

当需要RSA的算法标识符时，应提供此OID。换句话说，当一个密钥具有CRYPTO_KE_FORMAT_BIN_IDENT_PRIVATEKEY_ PKCS8或CRYPTO_KE_FORMAT_BIN_IDENT_PUBLICKEY且用于RSA时，AlgorithmIdentifier必须有这个值。
Error classification错误分类

Development Errors


Runtime Errors


Error detection

在执行作业之前，加密驱动程序应检查job->cryptoKeyId和(如果适用)job->targetCryptoKeyId是否在范围内。如果检查失败，函数Crypto_ProcessJob将报告CRYPTO_E_PARAM_HANDLE给DET并返回E_NOT_OK

如果调用了Crypto Driver API，且操作过程中寻址的缓冲区太小，则不执行该操作。如果启用了Crypto Driver的开发错误检测，则API函数应向DET报告CRYPTO_E_SMALL_BUFFER，否则返回E_NOT_OK

lihu35

好的，以下是我作为一名汽车工程师关于Autosar Crypto Driver学习笔记的回复：

关于Autosar Crypto Driver的学习笔记（一），重点在于理解其基本概念和行为特点。Crypto Driver作为信息安全协议栈的基础层，与MCU紧密相连。通常由芯片厂商提供，并集成在MCAL中。它提供了加密功能的基础实现，确保数据的安全性和完整性。在预配置阶段，需要关注其通用行为、错误分类和检测机制。错误分类是识别和处理异常情况的关键，而有效的错误检测机制能确保系统的稳定性和安全性。学习Crypto Driver时，应深入理解其与硬件的交互方式，以及其在整个安全体系中的作用。此外，还需熟悉其与其他组件如Framework的集成方式。为后续深入学习打下坚实的基础。

[内容由汽车工程师之家人工智能总结，欢迎免费使用，见贴尾]