ChaCha20 流密码在 Cortex-M0+上加密存储，700B Flash 即可

ID:277903 · 发表于 2026-7-31 04:01

PY32F002A 试用 ChaCha20 流密码加密 FlashStore 存储数据

ChaCha20 是什么

ChaCha20 是一种流密码（stream cipher），RFC 8439 标准。它是 TLS 1.3、QUIC、WireGuard 等新一代协议的默认加密算法之一，Google 在移动端全面用它替代 AES。和 AES 不同，它不需要硬件加速器，纯软件就能在 MCU 上高效运行。

核心特性：

对称加密：加密和解密是同一个操作（XOR 密钥流），调用同一个函数
无对齐要求：数据不需要 4 字节对齐，任意长度都能处理
资源友好：Cortex-M0+ 上 -Os 编译仅占约 700 字节 Flash，约 200 字节栈
输入参数：32 字节密钥 + 12 字节 nonce（同一密钥下 nonce 不能重复）

在 PY32F002A 上的用法

结合之前移植的 FlashStore A/B 分区存储，把 ChaCha20 作为加密层叠加在上面：

保存: 明文 → ChaCha20 加密 → FlashStore_Save → 写入 Flash
加载: FlashStore_Load → 密文 → ChaCha20 解密 → 明文

复制代码

核心代码三行：

chacha20_crypt(data, size, key, nonce); // 加密（或解密，同一函数）
FlashStore_Save(&cfg, data, size); // 存到闪存
FlashStore_Load(&cfg, data, size); // 读回
chacha20_crypt(data, size, key, nonce); // 解密

复制代码

实测：加密一句名言

用 "Stay hungry, stay foolish." 做测试，32 字节密钥 + 12 字节 nonce。

明文：

53 74 61 79 20 68 75 6e 67 72 79 2c 20 73 74 61 │Stay hungry, sta
79 20 66 6f 6f 6c 69 73 68 2e 00 00 00 00 00 00 │y foolish.......

复制代码

加密后 — 完全不可读：

3a 28 1d a0 11 62 cd 14 4a 03 07 03 93 67 63 73 │:(...b..J....gcs
69 d1 59 2f a1 dd 95 06 2d 14 b5 28 29 ee 9f 0a │i.Y/....-..()...

复制代码

FlashStore 存盘再读回，解密还原 — 一字不差。

资源占用

PY32F002A（Cortex-M0+，48MHz，-Os）：

模块	Flash	说明
flash_store	594 B	A/B 分区核心
flash_store_port	230 B	HAL 适配
chacha20	~700 B	加密/解密
合计	~1.5 KB	含加密的可靠闪存存储

如果只需要存储不需要加密，去掉 ChaCha20 即可，约 800 字节搞定。

完整源码

只有 100 行，零依赖，复制到任何 MCU 项目即可使用。

#include "chacha20.h"
#include <string.h>
#define QR(a, b, c, d) do { \
(a) += (b); (d) ^= (a); \
(d) = ((d) << 16) | ((d) >> 16); \
(c) += (d); (b) ^= (c); \
(b) = ((b) << 12) | ((b) >> 20); \
(a) += (b); (d) ^= (a); \
(d) = ((d) << 8) | ((d) >> 24); \
(c) += (d); (b) ^= (c); \
(b) = ((b) << 7) | ((b) >> 25); \
} while (0)
static uint32_t ld32(const uint8_t *p) {
uint32_t v;
memcpy(&v, p, sizeof(v));
return v;
}
static void st32(uint8_t *p, uint32_t v) {
memcpy(p, &v, sizeof(v));
}
static void chacha20_block(uint8_t out[64], const uint32_t init[16]) {
uint32_t x[16];
memcpy(x, init, sizeof(x));
for (int i = 0; i < 10; i++) {
QR(x[0], x[4], x[ 8], x[12]);
QR(x[1], x[5], x[ 9], x[13]);
QR(x[2], x[6], x[10], x[14]);
QR(x[3], x[7], x[11], x[15]);
QR(x[0], x[5], x[10], x[15]);
QR(x[1], x[6], x[11], x[12]);
QR(x[2], x[7], x[ 8], x[13]);
QR(x[3], x[4], x[ 9], x[14]);
}
for (int i = 0; i < 16; i++)
st32(out + i * 4, x[i] + init[i]);
}
void chacha20_crypt(uint8_t *data, size_t size,
const uint8_t key[32], const uint8_t nonce[12]) {
if (size == 0) return;
uint32_t state[16];
state[0] = 0x61707865u;
state[1] = 0x3320646eu;
state[2] = 0x79622d32u;
state[3] = 0x6b206574u;
for (int i = 0; i < 8; i++)
state[4 + i] = ld32(key + i * 4);
state[12] = 1;
for (int i = 0; i < 3; i++)
state[13 + i] = ld32(nonce + i * 4);
uint8_t keystream[64];
size_t offset = 0;
while (offset < size) {
chacha20_block(keystream, state);
size_t chunk = size - offset;
if (chunk > 64) chunk = 64;
for (size_t i = 0; i < chunk; i++)
data[offset + i] ^= keystream[i];
offset += chunk;
state[12]++;
}
}

复制代码

头文件：

#ifndef CHACHA20_H
#define CHACHA20_H
#include <stddef.h>
#include <stdint.h>
void chacha20_crypt(uint8_t *data, size_t size,
const uint8_t key[32], const uint8_t nonce[12]);
#endif

复制代码

build 31 July 2026 03:59 (UTC+8)

帐号		自动登录	找回密码
密码			立即注册