【花雕动手做】CanMV K230 AI视觉识别模块之使用AES加密- Makelog(造物记)

什么是 CanMV K230？
CanMV K230是一款高性价比的RISC-V边缘AI平台，凭借低功耗、强视觉处理能力和开放的开发生态，成为嵌入式AI开发的理想选择，尤其适合需要快速部署视觉与AI功能的创客、中小企业及教育场景。CanMV 是一套 AI 视觉开发平台，K230 是其核心芯片。该模块结合了图像采集、AI推理、边缘计算等能力，适合嵌入式视觉应用开发。

CanMV：类似 OpenMV 的图像处理框架，支持 Python 编程，简化视觉识别开发流程。
K230 芯片：嘉楠科技推出的 AIoT SoC，采用 RISC-V 架构，内置第三代 KPU（AI加速单元），算力高达 6 TOPS，性能是 K210 的 13.7 倍。

知识点
AES 是目前全球公认的最安全、应用最广泛的对称加密算法，全称为高级加密标准（Advanced Encryption Standard）。
它的核心是使用同一把密钥对数据进行加密和解密，加密和解密过程可逆，且密钥的安全性直接决定了数据的安全性。

AES 的核心特性
对称密钥：加密和解密使用完全相同的密钥，这意味着发送方和接收方必须提前安全地共享密钥。
固定分组长度：无论输入数据多长，都会将其分成固定大小的 “分组”（128 位）进行加密处理。
密钥长度可选：支持 128 位、192 位、256 位三种密钥长度，其中 AES-256 安全性最高，是金融、政府等领域的常用标准。
安全性高：自 2001 年被美国国家标准与技术研究院（NIST）确定为标准以来，至今未被发现有效的破解方法，能抵御绝大多数已知的攻击。

AES 的工作模式
ECB (Electronic Codebook)：最简单的模式，直接对每个数据块独立加密
CBC (Cipher Block Chaining)：每个明文块先与前一个密文块进行异或，再加密
CTR (Counter)：利用计数器生成密钥流，与明文进行异或
GCM (Galois/Counter Mode)：结合 CTR 模式并提供认证功能

AES 的主要应用场景
数据存储加密：手机、电脑硬盘的加密（如苹果的 FileVault）、数据库敏感字段加密（如用户身份证号、银行卡号）。
通信加密：HTTPS 协议、VPN 连接、即时通讯软件（如微信、Signal）的消息传输加密，保障数据在网络中传输时不被窃取。
设备与服务加密：智能家居设备的指令传输、云服务的数据加密存储，防止数据被未授权访问。

【花雕动手做】CanMV K230 AI视觉识别模块之使用AES加密
项目测试实验代码

代码

#【花雕动手做】CanMV K230 AI视觉识别模块之使用AES加密
# 导入加密模块 ucryptolib
# (Import the ucryptolib encryption module)
import ucryptolib

def test_aes():
    # 打印测试 AES 加密/解密的信息
    # (Print information about testing AES encryption/decryption)
    print("Testing AES encryption/decryption...")

    # 定义 AES-128 ECB 模式的测试
    # (Define the test for AES-128 ECB mode)
    key = b'1234567890abcdef'  # 16 字节的密钥
    # (16-byte key)
    plaintext = b'This is 16 bytes'  # 16 字节的明文
    # (16-byte plaintext)
    print("\nTest 1: AES-128 ECB")
    
    # 创建 AES-128 ECB 模式的加密实例
    # (Create an AES-128 ECB mode encryption instance)
    cipher = ucryptolib.aes(key, ucryptolib.MODE_ECB)
    encrypted = cipher.encrypt(plaintext)
    
    # 创建新的 AES-128 ECB 模式的解密实例
    # (Create a new AES-128 ECB mode decryption instance)
    cipher = ucryptolib.aes(key, ucryptolib.MODE_ECB)
    decrypted = cipher.decrypt(encrypted)
    
    # 断言解密后的明文与原始明文相同
    # (Assert that the decrypted plaintext is the same as the original plaintext)
    assert decrypted == plaintext, "AES-128 ECB failed"
    print("Passed")

    # 测试密钥长度不合法的情况
    # (Test the case of an invalid key length)
    print("\nTest 2: Invalid key length")
    try:
        # 尝试使用短密钥创建 AES 实例，应该引发 ValueError 异常
        # (Try to create an AES instance with a short key, which should raise a ValueError)
        ucryptolib.aes(b'short_key', ucryptolib.MODE_ECB)
        assert False, "Invalid key not detected"
    except ValueError:
        print("Passed")

    # 测试数据长度不对齐的情况
    # (Test the case of unaligned data length)
    print("\nTest 3: Unaligned data length")
    cipher = ucryptolib.aes(key, ucryptolib.MODE_ECB)
    try:
        # 尝试加密长度不是 16 字节的数据，应该引发 ValueError 异常
        # (Try to encrypt data with a length that is not 16 bytes, which should raise a ValueError)
        cipher.encrypt(b'short')
        assert False, "Unaligned data not detected"
    except ValueError:
        print("Passed")

    # 打印所有 AES 测试都通过的信息
    # (Print the information that all AES tests passed successfully)
    print("\nAll AES tests passed successfully!")

# 执行 AES 测试函数
# (Execute the AES test function)
test_aes()

AES加密核心概念

AES密钥长度：
• AES-128：16字节密钥（如代码中使用）
• AES-192：24字节密钥
• AES-256：32字节密钥

ECB模式特点：
• 电子密码本模式：最简单的加密模式
• 相同明文产生相同密文
• 不需要初始化向量(IV)
• 数据必须按块对齐（AES为16字节）

代码解析
这里来分析示例代码，代码使用了 MicroPython 中的 ucryptolib 模块演示 AES 加密：

1. 导入模块

import ucryptolib

这里导入了 MicroPython 中的加密库 ucryptolib，它是专为资源受限设备设计的轻量级加密库。

2. AES-128 ECB 模式测试

key = b'1234567890abcdef' # 16 字节的密钥
plaintext = b'This is 16 bytes' # 16 字节的明文

这里定义了：
• 密钥 (key)：长度为 16 字节，对应 AES-128
• 明文 (plaintext)：要加密的数据，正好是 16 字节

cipher = ucryptolib.aes(key, ucryptolib.MODE_ECB)
encrypted = cipher.encrypt(plaintext)

这两行代码：
1. 创建一个 AES 加密器对象，使用 ECB 模式
2. 对明文进行加密，得到密文

cipher = ucryptolib.aes(key, ucryptolib.MODE_ECB)
decrypted = cipher.decrypt(encrypted)

这两行代码：
1. 创建一个新的 AES 对象（用于解密）
2. 对密文进行解密，得到解密后的数据

assert decrypted == plaintext, "AES-128 ECB failed"

这行代码验证解密后的数据与原始明文是否相同，如果不同则报错。

3. 无效密钥长度测试

try:
ucryptolib.aes(b'short_key', ucryptolib.MODE_ECB) assert False, "Invalid key not detected"except ValueError: print("Passed")

这段代码测试了使用不正确长度密钥的情况。AES 要求密钥长度必须是 16、24 或 32 字节，这里使用了一个较短的密钥，预期会抛出 ValueError 异常。

4. 数据长度不对齐测试

cipher = ucryptolib.aes(key, ucryptolib.MODE_ECB)
try: cipher.encrypt(b'short') assert False, "Unaligned data not detected"except ValueError: print("Passed")

这段代码测试了数据长度不是 16 字节倍数的情况。在 ECB 模式下，数据长度必须是 16 字节的倍数，这里使用了一个只有 5 字节的数据，预期会抛出 ValueError 异常。

AES 的重要概念解释

1. 密钥长度
• AES-128：使用 16 字节（128 位）密钥
• AES-192：使用 24 字节（192 位）密钥
• AES-256：使用 32 字节（256 位）密钥
密钥越长，安全性越高，但性能可能略有下降。

2. ECB 模式的局限性
示例代码使用了 ECB 模式，这是最简单但也是最不安全的 AES 模式：
• 相同的明文块会产生相同的密文块
• 不能隐藏数据模式，可能泄露信息
• 没有使用初始化向量 (IV)
对于实际应用，推荐使用 CBC、CTR 或 GCM 等更安全的模式。

3. 填充问题
AES 要求数据长度是 16 字节的倍数。当数据长度不满足要求时，需要进行填充：
• PKCS#7 填充：用缺少的字节数填充（最常用）
• 零填充：用 0 填充
• ANSI X.923：最后一个字节表示填充的字节数，其余填充 0
示例代码没有处理填充，而是直接使用了长度刚好是 16 字节的数据。

实验串口返回情况

实验场景图

【花雕动手做】CanMV K230 AI视觉识别模块之使用AES加密 简单

【花雕动手做】CanMV K230 AI视觉识别模块之使用AES加密简单