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OP-TEE环境飞腾密码引擎编程指南

news 来源：原创 2025/7/4 19:22:04

【写在前面】飞腾开发者平台是基于飞腾自身强大的技术基础和开放能力，聚合行业内优秀资源而打造的。该平台覆盖了操作系统、算法、数据库、安全、平台工具、虚拟化、存储、网络、固件等多个前沿技术领域，包含了应用使能套件、软件仓库、软件支持、软件适配认证四大板块，旨在共享尖端技术，为开发者提供一个涵盖多领域的开发平台和工具套件。点击这里开始你的技术升级之旅吧

本文分享至飞腾开发者平台《OP-TEE环境飞腾密码引擎编程手册》

1 介绍

OP-TEE是按照GP规范开发的TEE OS，支持通用的ARMv8平台，开发搭建方便，便于开发者开发自有的上层可信应用，且OP-TEE提供了完整的SDK，方便编译TA和CA。OP-TEE遵循GP规范，支持各种加解密和电子签名验签算法，也支持在芯片中集成第三方的硬件加解密算法。

飞腾CPU集成了密码引擎（以下简称SCTO），支持SM2/SM3/SM4/SM9算法硬件加速。我们通过OP-TEE提供的接口标准，将SCTO的相关功能API添加到Libmbedtls库，实现飞腾平台OP-TEE环境的硬SM2/SM3/SM4算法。

2 环境要求

2.1 硬件环境

硬件要求如下表所示。

项目	说明
CPU	D2000
网络	无要求
存储	无要求
内存	无要求

2.2 操作系统要求

操作系统要求如下表所示。

项目	说明
OP-TEE OS	3.12.0
Kernel	要求支持TEE驱动

3 编程模型

OP-TEE根据GP规范实现了常用的加解密、签名验签和计算摘要的密码学算法的基础框架。如果需要使用硬件的密码学引擎来实现这些算法，则只需要替换掉对应的底层算法实现接口即可。对于上层用户而言，无需修改任何代码，只需按照GP规范，调用对应的接口组合即可实现对数据的加解密、摘要计算和数据签名验签操作。如下图所示，我们替换掉SM2、SM3和SM4底层API，将其用SCTO实现，就可以通过GP标准接口调用密码学引擎的能力来实现对数据的SM2、SM3和SM4算法的加解密、摘要计算和数据签名验签操作。

4 接口说明

4.1 SM2算法类接口说明

在OP-TEE当前版本的SM2底层算法实现接口中，对有些实现内容未做明确规定，需要我们根据实际需求去定义，特说明如下：

1）在SM2加解密接口，采用C1C2C3的数据格式。可以根据实际需求做调整，如C1C3C2格式。
2）在SM2签名验签接口，参数msg为签名数据的摘要。
3）在SM2签名验签接口中，签名数据为DER格式。

static TEE_Result sm2_generate_keypair(struct ecc_keypair \*key, size_t key_size)

功能：生成SM2密钥对

参数key：用于保存密钥对

参数key_size：密钥长度

返回结果：0表示成功生成密钥对，其他为错误

static void sm2_free_public_key(struct ecc_public_key *s)

功能：释放SM2密钥对

参数s：释放的密钥对

返回结果：成功释放密钥对

TEE_Result sm2_pke_encrypt(struct ecc_public_key *key, const uint8_t *src,size_t src_len, uint8_t *dst, size_t *dst_len)

功能：使用SM2算法加密数据

参数key：加密使用的SM2公钥

参数src：需要加密的数据

参数src_len：需要加密数据的长度

参数dst：用于保存加密数据

参数dst_len：入参时表示加密数据保存空间的大小，返回时表示加密后数据的长度

返回结果：0表示加密成功，其他表示错误

TEE_Result sm2_pke_decrypt(struct ecc_keypair *key,const uint8_t *src,size_t src_len, uint8_t *dst,size_t *dst_len)

功能：使用SM2算法解密数据

参数key：解密使用的SM2密钥对

参数src：需要解密的数据

参数src_len：需要解密数据的长度

参数dst：用于保存解密数据

参数dst_len：入参时表示解密数据保存空间的大小，返回时表示解密后数据的长度

返回结果：0表示解密成功，其他表示错误

TEE_Result sm2_dsa_sign(uint32_t algo,struct ecc_keypair *key, const uint8_t *msg,size_t msg_len, uint8_t *sig, size_t *sig_len)

功能：使用SM2算法签名

参数algo：算法类型

参数key：签名使用的SM2密钥对

参数msg：需要签名的数据的摘要

参数msg_len：需要签名的数据的摘要的长度，目前采用的标准为32字节

参数sig：用于保存签名

参数sig_len：入参时表示签名保存空间的大小，返回时表示签名的长度

返回结果：0表示签名成功，其他表示错误

TEE_Result sm2_dsa_verify(uint32_t algo,struct ecc_public_key *key, const uint8_t *msg,size_t msg_len, const uint8_t *sig, size_t sig_len)

功能：使用SM2算法验签

参数algo：算法类型

参数key：验签使用的SM2公钥

参数msg：需要验签的数据的摘要

参数msg_len：需要验签的数据的摘要的长度，目前标准为32字节

参数sig：签名

参数sig_len：签名的长度

返回结果：0表示验签成功，其他表示错误

4.2 SM3算法类接口说明

SM3实现了使用DMA引擎操作的方式，但DMA引擎唯一，可根据实际情况确定由哪个算法使用。同时，对SM3增加了软件运算，在抢占不到硬件引擎的情况下使用软件运算，增加并发性能，可视情况使用。

void mbedtls_sm3_init( mbedtls_sm3_context *ctx )

功能：初始化ctx初始值和引擎硬件操作指针

参数ctx：SM3上下文

返回结果：成功完成初始化

int mbedtls_sm3_starts_ret(mbedtls_sm3_context *ctx )

功能：初始化HASH初始值和数据总长度

参数ctx：SM3上下文

返回结果：0表示初始化成功，其他表示错误

int mbedtls_sm3_update_ret(mbedtls_sm3_context *ctx, const unsigned char *input, size_t ilen )

功能：更新SM3算法的数据

参数ctx：SM3上下文

参数input：需要SM3算法运算的数据

参数ilen：数据的长度

返回结果：0表示成功，其他表示错误

int mbedtls_sm3_finish_ret( mbedtls_sm3_context *ctx, unsigned char output[32] )

功能：用于数据更新后完成SM3算法

参数ctx：SM3上下文

参数output：用于返回算法的结果

返回结果：0表示成功，其他表示错误

void mbedtls_sm3_free( mbedtls_sm3_context *ctx )

功能：用于释放SM3上下文的数据

参数ctx：SM3上下文

返回结果：成功释放SM3上下文数据

void mbedtls_sm3_clone( mbedtls_sm3_context *dst, const mbedtls_sm3_context *src )

功能：克隆SM3上下文

参数dst：克隆的SM3上下文

参数src：原始的SM3上下文

返回结果：成功克隆SM3上下文数据

4.3 SM4算法类接口说明

SM4实现了使用DMA引擎操作的方式，但DMA引擎唯一，可根据实际情况确定由哪个算法使用。同时，对SM4增加了软件运算，在抢占不到硬件引擎的情况下使用软件运算，增加并发性能，可视情况使用。

TEE_Result mbed_sm4_init(struct crypto_cipher_ctx *ctx,TEE_OperationMode mode, const uint8_t *key1,size_t key1_len, const uint8_t *key2 __unused,size_t key2_len __unused, const uint8_t *iv, size_t iv_len)

功能：SM4算法初始化

参数ctx：上下文

参数mode：操作模式，这里可选加密或解密

参数key1：加解密的密钥

参数key1_len：密钥的长度

参数key2：SM4算法未用到

参数key2_len：SM4算法未用到

参数iv：初始化向量

参数iv_len：初始化向量的长度

返回结果：0表示初始化成功，其他表示错误

TEE_Result mbed_sm4_cbc_update(struct crypto_cipher_ctx *ctx, bool last_block __unused,const uint8_t *data, size_t len, uint8_t *dst)

功能：SM4 CBC模式更新数据，根据上下文确定是加密还是解密

参数ctx：上下文

参数last_block：SM4算法未用到

参数data：需要处理的数据

参数len：需要处理的数据的长度，要求16字节对齐

参数dst：存放处理后的数据

返回结果：0表示处理成功，其他表示错误

TEE_Result mbed_sm4_ecb_update(struct crypto_cipher_ctx *ctx, boollast_block __unused,const uint8_t *data, size_t len, uint8_t *dst)

功能：SM4 ECB模式更新数据，根据上下文确定是加密还是解密

参数ctx：上下文

参数last_block：SM4算法未用到

参数data：需要处理的数据

参数len：需要处理的数据的长度，要求16字节对齐

参数dst：存放处理后的数据

返回结果：0表示处理成功，其他表示错误

TEE_Result mbed_sm4_ctr_update(struct crypto_cipher_ctx *ctx, bool last_block __unused,const uint8_t *data, size_t len, uint8_t *dst)

功能：SM4 CTR模式更新数据，加解密通用

参数ctx：上下文

参数last_block：SM4算法未用到

参数data：需要处理的数据

参数len：需要处理的数据的长度，要求16字节对齐

参数dst：存放处理后的数据

返回结果：0表示处理成功，其他表示错误

void mbed_sm4_final(struct crypto_cipher_ctx *ctx)

功能：完成SM4算法，会释放上下文的数据

参数ctx：上下文

返回结果：成功完成SM4算法

void mbed_sm4_free_ctx(struct crypto_cipher_ctx *ctx)

功能：释放SM4上下文

参数ctx：上下文

返回结果：成功释放上下文

void mbed_sm4_copy_state(struct crypto_cipher_ctx *dst_ctx, struct crypto_cipher_ctx *src_ctx)

功能：克隆SM4上下文

参数dst_ctx：克隆的上下文

参数src_ctx：原始上下文

返回结果：成功克隆上下文

5 程序实例

实现了上述底层算法接口后，还需要将这些接口注册到标准流程中，此外，还需要一些初始化的准备工作等。

测试采用的为CentOS-8.2系统，内核为4.19.5，并使用了phytium针对该版本的补丁。同时，编译也在该环境完成。

5.1 初始化

为了确保SCTO和软件锁有确定的初始状态，这里通过OP-TEE的driver_init接口来完成，在启动过程中完成初始化，初始化主要完成以下几部分工作：

1）注册SCTO IO地址段SMX_BASE_ADDR为安全IO地址，其中SMX_RESERVE_BASE为临时选用的一段地址，给软件锁使用，根据实际需求重新分配地址和大小，要求页对齐。

2）将初始化函数注册到driver_init接口。

driver_init(phytium_sm_init);

5.2 SM2接口注册

5.2.1 SM2公钥相关接口注册

将封装好的API接入项目体系需要以下几步：

1）在optee_os/core/tee/tee_svc_cryp.c文件的tee_obj_set_type函数中增加SM2分支crypto_acipher_alloc_sm2_public_key。

 case TEE_TYPE_SM2_DSA_PUBLIC_KEY:case TEE_TYPE_SM2_PKE_PUBLIC_KEY:case TEE_TYPE_SM2_KEP_PUBLIC_KEY:res = crypto_acipher_alloc_sm2_public_key(o->attr, obj_type, max_key_size);break;

2）在optee_os/core/crypto/crypto.c文件中实现crypto_acipher_alloc_sm2_public_key。

3）在optee_os/lib/libmbedtls/core/sm2.c文件中实现crypto_acipher_alloc_sm2_public_key，将已经封装好的API接入OP-TEE项目体系。

5.2.2 SM2密钥对相关接口注册

将封装好的API接入项目体系需要以下几步：

1）在optee_os/core/tee/tee_svc_cryp.c文件的tee_obj_set_type函数中增加SM2分支crypto_acipher_alloc_sm2_keypair。

 case TEE_TYPE_SM2_DSA_KEYPAIR:case TEE_TYPE_SM2_PKE_KEYPAIR:case TEE_TYPE_SM2_KEP_KEYPAIR:res = crypto_acipher_alloc_sm2_keypair(o->attr, obj_type, max_key_size);break;

2）在optee_os/core/crypto/crypto.c文件中实现crypto_acipher_alloc_sm2_keypair。

3）在optee_os/lib/libmbedtls/core/sm2.c文件中实现crypto_asym_alloc_sm2_keypair，将已经封装好的api接入OP-TEE项目体系。

5.3 SM3接口注册

HMAC和HASH共用同一套底层接口，将封装好的api接入项目体系需要以下几步：

1）在optee_os/core/crypto/目录sm3-hash.c和sm3-hmac.c文件中，注释掉原有的软件实现接口。

2）在optee_os/lib/libmbedtls/core/目录hash.c和hmac.c文件中，分别增加crypto_sm3_alloc_ctx接口和crypto_hmac_sm3_alloc_ctx接口，将SM3选项注册到流程中去。

3）在optee_os/lib/libmbedtls/mbedtls/library/md.c文件中，增加SM3相关信息，并将封装好的API添加到标准流程对应的分支里去，分别为mbedtls_md_starts、mbedtls_md_update、mbedtls_md_finish、mbedtls_md_free和mbedtls_md_clone。

5.4 SM4接口注册

将封装好的API接入项目体系需要以下几步：

1）在optee_os/core/crypto/目录下sm4-cbc.c、sm4-ecb.c和sm4-ctr.c三个文件中，注释掉原有的软件实现接口。

2）在optee_os/lib/libmbedtls/core/sm4.c文件中实现crypto_sm4_cbc_alloc_ctx、crypto_sm4_ecb_alloc_ctx和crypto_sm4_ctr_alloc_ctx接口，将该文件定义的封装好的API注册到标准流程中。

5.5 示例程序

在scto/ta/scto_ta.c文件中，按照GP标准接口调用，实现了SM2加解密和签名验签功能，SM3
HASH和HMAC功能，SM4 CBC、ECB和CTR模式的加解密功能，具体可参考该文件源代码。

同时，在scto/host/scto.c文件中，实现了对这些功能的调用。

5.6 编译

编译需要以下几步：

1）进入optee_os目录，执行如下命令编译TEE OS。

./build_optee_os d2000

2）进入optee_client目录，执行如下命令编译CA端API库。

./build_optee_client_ft.sh

3）进入scto目录，执行如下命令编译示例程序。

./build_ta_scto_ft.sh

5.7 运行

1）编译完成的TEE OS为out/tee-phytium-d2000.bin，需要将其打包入固件或者在UEFI下使用tboot功能将其加载，可参考《腾锐D2000安全CPU-QuickStart》。

2）系统启动完成后，进入SDK目录，执行如下命令启动CA端后台程序。

./out/data/bin/tee-supplicant -d /dev/teepriv0 &

3）执行如下命令将out/data/optee_armtz/目录下的TA程序拷贝到/data/optee_armtz/目录下。

mkdir -p /data/optee_armtz/
cp ./out/data/optee_armtz/* /data/optee_armtz/

4）执行如下命令启动示例程序，默认启动7个线程，每个线程会循环执行所有流程，直到遇到错误停止。

./out/data/bin/scto

除SM2相关算法因随机数原因只有自验证外，SM3和SM4相关算法的结果还有与软件算法的结果的对比，以验证计算结果是否正确。（SM2算法有与软件相互加解密测试过，这里只是因没有固定结果不好每轮对比）

测试结果如下表所示：

测试项目	3小时运行结果
SM2加解密	无错误
SM2签名验签	无错误
SM3 HASH	无错误
SM3 HMAC	无错误
SM4 CBC加解密	无错误
SM4 ECB加解密	无错误
SM4 CTR加解密	无错误

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Residency 与 Internship 的区别及用法解析在英文中，“residency” 和 “internship” 都与职业培训相关，但它们的使用场景和具体含义存在显著差异。本文将详细解析这两个词的区别，以及它们在不同语境下的应用。 Residency 的定义及使用场景…...

编程日记 2025/7/3 7:55:13

【数据结构-堆】力扣2530. 执行 K 次操作后的最大分数

给你一个下标从 0 开始的整数数组 nums 和一个整数 k 。你的起始分数为 0 。在一步操作中： 选出一个满足 0 < i < nums.length 的下标 i ， 将你的分数增加 nums[i] ，并且将 nums[i] 替换为 ceil(nums[i] / 3) 。返回在恰好…...

编程日记 2025/7/3 7:32:54

基于生成式对抗网络（GAN）的前沿研究与应用

引言人工智能（AI）领域在过去几年中经历了快速的发展，尤其是深度学习的兴起带来了许多变革。其中，生成式对抗网络（Generative Adversarial Network, GAN）因其强大的生成能力成为了研究热点。自2014年Ian G…...

编程日记 2025/7/4 8:51:22

stm32 移植RTL8201F（正点原子例程为例）

最近在工作中需要使用RTL8201F，在网上找了很多帖子，没有找到合适的，自己翻资料移植了一个。模板工程使用的是正点原子的f407探索版的例程，原子使用的是LAN8720,需要把他的驱动修改成为我们自己用的RTL8201F。 1.将PHY_TYPE改成我…...

编程日记 2025/7/3 7:32:50

QT-TCP-server

为了实现高性能的TCP通讯，以下是一个基于Qt的示例，展示如何利用多个线程、非阻塞I/O、数据分块和自定义协议进行优化。该示例以TCP服务器和客户端的形式展示，能够承受高负载并实现快速数据传输。高性能TCP Server示例 #include <QTcpSe…...

编程日记 2025/7/3 7:32:48

第 24 章网络请求与远程资源

第 24 章网络请求与远程资源 24.1 XMLHttpRequest 对象所有现代浏览器都通过 XMLHttpRequest 构造函数原生支持 XHR 对象： let xhr new XMLHttpRequest()24.1.1 使用 XHR 使用 XHR 对象首先要调用 open()方法，这个方法接收 3 个参数：请…...

编程日记 2025/7/3 7:32:46

k8s dashboard离线部署步骤

确定k8s版本，以1.23为例。部署metrics-server服务，最好用v0.5.2。用v0.6.0，可能会报以下错误： nodekubemaster:~/Desktop/metric$ kubectl top nodes Error from server (ServiceUnavailable): the server is currently unabl…...

编程日记 2025/7/3 7:32:44

热备份路由HSRP及配置案例

✍作者：柒烨带你飞 💪格言：生活的情况越艰难，我越感到自己更坚强；我这个人走得很慢，但我从不后退。 📜系列专栏：网路安全入门系列目录一，HSRP的相关概念二，…...

编程日记 2025/7/3 7:32:41

【文本分类】bert二分类

import os import torch from torch.utils.data import DataLoader, Dataset from transformers import BertTokenizer, BertForSequenceClassification, AdamW from sklearn.metrics import accuracy_score, classification_report from tqdm import tqdm# 自定义数据集 class…...

编程日记 2025/7/2 15:45:15

1 介绍

2 环境要求

2.1 硬件环境

2.2 操作系统要求

3 编程模型

4 接口说明

4.1 SM2算法类接口说明

4.2 SM3算法类接口说明

4.3 SM4算法类接口说明

5 程序实例

5.1 初始化

5.2 SM2接口注册

5.2.1 SM2公钥相关接口注册

5.2.2 SM2密钥对相关接口注册

5.3 SM3接口注册

5.4 SM4接口注册

5.5 示例程序

5.6 编译

5.7 运行

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