32位8051，AI8051U单片机AES加密解密程序如何实现

神***

32位8051，AI8051U单片机AES加密解密程序如何实现

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国芯人***

在32位8051架构的AI8051U单片机上实现AES加密解密程序，首先需确保硬件支持AES算法。通常，AES算法包括密钥扩展、加密和解密三个主要步骤。在AI8051U上，可以通过调用内置的AES硬件加速器或软件实现来完成这些步骤。若使用硬件加速器，需配置相关寄存器并加载密钥和数据，然后启动加密或解密操作。若采用软件实现，则需编写AES算法的C代码，并优化其性能以适配单片机的资源限制。具体实现时，建议参考AI8051U的技术手册和AES算法标准文档，确保程序的正确性和效率。此外，调试阶段应通过串口输出或LED指示等方式验证加密解密结果。<br><br>[本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]

angm***

下面介绍一种基于 51 单片机（如 STC8051U/AI8051U）的 AES 加解密实现方案，包括软件实现和利用硬件加速（若有支持）的思路。

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## 1. AES 算法概述

AES（高级加密标准）通常包括以下主要步骤（以 AES-128 为例）：

- **密钥扩展**：将 128 位密钥扩展成若干个轮密钥（共 11 组，每组 16 字节）。
- **初始轮**：将明文数据与第 0 组轮密钥进行异或（AddRoundKey）。
- **9 轮加密**（对于 AES-128）：
  - **SubBytes**：字节代换（使用 S-Box）。
  - **ShiftRows**：行移位。
  - **MixColumns**：列混合（可通过查表实现）。
  - **AddRoundKey**：与当前轮密钥异或。
- **最后一轮**：不执行 MixColumns，仅执行 SubBytes、ShiftRows、AddRoundKey。

解密过程与加密过程类似，但各步骤顺序和查找表不同。

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## 2. 软件实现方案

### （1）利用现有轻量级 AES 库

- **推荐方案**：移植开源的 [tiny-AES-c](https://github.com/kokke/tiny-AES-c) 等轻量级 AES 库到您的 51 单片机平台。  
- **注意事项**：
  - 修改数据类型定义，确保兼容 8051 的内存模型（比如 xdata/data 分区）。
  - 考虑 51 单片机资源有限，查表法（预先生成 S-Box、MixColumns 表）可提高运算速度。

### （2）纯软件实现

- 使用 C 语言实现 AES 加解密各个步骤。可参考以下伪代码框架：

```c
// 示例：AES 密钥扩展（伪代码）
void KeyExpansion(uint8_t *key, uint8_t roundKeys[176]) {
    // 复制初始密钥
    for (int i = 0; i < 16; i++) {
        roundKeys = key;
    }
    int bytesGenerated = 16;
    int rconIteration = 1;
    uint8_t temp[4];

    while (bytesGenerated < 176) {
        // 取前 4 字节为 temp
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            temp = roundKeys[bytesGenerated - 4 + i];
        }
        // 每 16 字节，进行一次变换
        if (bytesGenerated % 16 == 0) {
            // 旋转
            uint8_t t = temp[0];
            temp[0] = temp[1];
            temp[1] = temp[2];
            temp[2] = temp[3];
            temp[3] = t;
            // 替换字节（使用 S-Box）
            for (int i = 0; i < 4; i++) {
                temp = sbox[temp];
            }
            // 与 Rcon 异或
            temp[0] ^= Rcon[rconIteration];
            rconIteration++;
        }
        // 生成新 4 字节
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            roundKeys[bytesGenerated] = roundKeys[bytesGenerated - 16] ^ temp;
            bytesGenerated++;
        }
    }
}

// 示例：AES 加密主流程（伪代码）
void AES_Encrypt(uint8_t *input, uint8_t *roundKeys, uint8_t *output) {
    uint8_t state[16];
    // 将输入复制到状态矩阵
    memcpy(state, input, 16);
    // 初始轮：AddRoundKey
    AddRoundKey(state, roundKeys);

    // 9 个轮次
    for (int round = 1; round < 10; round++) {
        SubBytes(state);       // 字节代换
        ShiftRows(state);      // 行移位
        MixColumns(state);     // 列混合
        AddRoundKey(state, roundKeys + round * 16);
    }

    // 最后一轮（不混列）
    SubBytes(state);
    ShiftRows(state);
    AddRoundKey(state, roundKeys + 160);

    memcpy(output, state, 16);
}
```

> **注**：上面代码为伪代码，仅供参考，实际移植时需考虑 8051 的数据存储区域（如 xdata/data）以及内存大小和速度限制。

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## 3. 硬件加速（若支持）

某些 STC8051U/AI8051U 单片机可能集成硬件加密模块，提供 AES 加密/解密加速功能。  
- **步骤**：
  1. 查阅芯片手册，了解 AES 加密硬件模块的寄存器映射和控制方式。
  2. 编写驱动代码，通过设置密钥、数据和启动指令来执行硬件加密。
  3. 等待硬件完成加密后读取结果。

这种方式的优点是大幅提高加密效率和降低 CPU 占用，但需依赖芯片的硬件功能。

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## 4. 开发步骤总结

1. **需求分析与环境搭建**：确定 AES-128、AES-192 或 AES-256，选择软件实现或硬件加速。  
2. **移植或编写 AES 核心代码**：若选择软件方案，可移植 tiny-AES-c；若芯片支持硬件加速，则编写驱动。  
3. **优化与测试**：利用已知测试向量验证加密、解密正确性，并对代码进行性能优化。  
4. **集成到项目中**：将 AES 加解密模块集成到整体系统中，如智能药箱、通信加密等场景。

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通过以上步骤，您可以在 32 位 8051 系列单片机（如 STC8051U/AI8051U）上实现 AES 加密解密程序，从而满足数据安全保护等需求。



tiny-AES-c-master.zip