企业官网建设流程全解析

1. 为什么做这个实验？

1.1 研究背景

2024年，NIST 正式发布了 FIPS 203（ML-KEM，原 Kyber）和 FIPS 204（ML-DSA，原Dilithium）等后量子密码学（Post-Quantum Cryptography, PQC）标准。这意味着：

- 量子计算机的威胁已经进入倒计时
- 传统公钥密码（RSA、ECDSA）将在未来 10-15 年内被逐步淘汰
- 嵌入式设备（IoT、汽车、工业控制）必须提前规划 PQC 迁移路径

然而，PQC 算法（如 Kyber、Dilithium）的计算量远大于传统算法，在资源受限的STM32F103（72MHz，64KB RAM）上能否运行？性能如何？这是本系列研究要回答的核心问题。

1.2 本实验的定位

在直接移植 PQC 算法之前，必须先确保传统密码学基础环境可用。因此，本实验的目标是：

在 STM32F103 上移植 mbedTLS，验证 SHA256 哈希算法，为后续移植 Kyber 等 PQC算法提供基础支撑。

本实验是这个 PQC 研究系列的第 1 篇，后续将逐步深入

2. 硬件与软件环境

为什么选 STM32F103？

它是资源受限设备的典型代表（主播的手上目前也只有这个）。如果 PQC 算法能在 F103 上跑通，那在更高性能的 STM32H7/F7 上只会更轻松；如果 F103 跑不通，就需要研究优化策略或硬件加速方案。

3. CubeMX 工程配置

3.1 选择 MCU

打开 STM32CubeMX → `ACCESS TO MCU SELECTOR` → 搜索 `STM32F103ZET6` → 双击选中。

3.2 配置 RCC（时钟）

`System Core` → `RCC` → `High Speed Clock (HSE)` → 选 `Crystal/Ceramic Resonator`

（注意：这里右边芯片部分只会芯片图上 PA8 和 PC9 这两个引脚会变成绿色，因为主播把已经完成的项目拿来演示一遍，所以别的引脚也亮了颜色）

3.3 配置 SYS（调试接口）

`System Core` → `SYS` → `Debug` → 选 `Serial Wire`

⚠️ 必须选 Serial Wire，否则烧录一次后芯片会锁死！

3.4 配置 USART1（串口）

`Connectivity` → `USART1` → `Mode` → 选 `Asynchronous`，波特率 `115200`

3.5 生成工程

点击 `Project Manager` → 填写工程名和路径 → `Toolchain/IDE` 选 `STM32CubeIDE` → 点击 `GENERATE CODE`。

4. mbedTLS 源码移植

4.1 为什么不用 CubeMX 自带的 mbedTLS？

CubeMX 的 `Middleware` 中虽然提供了 mbedTLS 选项，但：
1. 需要额外下载 X-CUBE-TLS 软件包（网络问题可能失败）
2. 会自动引入大量不需要的 SSL/TLS 模块（增加 Flash 占用）
3. 不利于理解 mbedTLS 的内部结构

因此，采用手动移植方式，只引入 SHA256 所需的最小文件集。

4.2 源码结构
工程目录/
├── Core/
│ ├── Inc/
│ │ ├── mbedtls/
│ │ │ ├── mbedtls_config.h # mbedTLS 配置文件
│ │ │ └── sha256.h # SHA256 头文件
│ │ ├── main.h
│ │ └── stm32f1xx_hal_conf.h
│ └── Src/
│ ├── main.c # 主程序（含 SHA256 测试代码）
│ ├── sha256.c # SHA256 算法实现（简化版）
│ └── ...
└── ...

4.3 简化版 sha256.c

mbedTLS 官方的 `sha256.c` 依赖较多内部头文件（如 `common.h`、`platform_util.h` 等），直接移植会导致连锁报错。因此，我实现了一个独立版 SHA256，只依赖标准库，完全兼容 mbedTLS 的 API 接口。（其实主播有点懒，之前下载的`mbedtls-development`包不是完整版，不想再重新下一遍，个人认为手动添加也是一个不错的选择）

//核心代码片段： //c typedef struct { uint32_t state[8]; uint32_t total[2]; unsigned char buffer[64]; int is224; int size; } mbedtls_sha256_context; void mbedtls_sha256_init(mbedtls_sha256_context *ctx) { ... } int mbedtls_sha256_starts(mbedtls_sha256_context *ctx, int is224) { ... } int mbedtls_sha256_update(mbedtls_sha256_context *ctx, const unsigned char *input, size_t ilen) { ... } int mbedtls_sha256_finish(mbedtls_sha256_context *ctx, unsigned char *output) { ... }

这个版本的好处是：

• 零外部依赖，只需string.h和stdint.h

• API 与 mbedTLS 完全兼容，后续可无缝切换回官方版本

• 代码量小，便于理解和调试

完整代码见文末 GitHub 链接。

5. 主程序代码

/* Includes */ #include "main.h" #include <string.h> #include <stdio.h> #include "mbedtls/sha256.h" /* printf 重定向到串口 */ int __io_putchar(int ch) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY); return ch; } int _write(int file, char *ptr, int len) { for(int i = 0; i < len; i++) { __io_putchar(ptr[i]); } return len; } void print_hex(uint8_t *data, size_t len) { for(size_t i = 0; i < len; i++) { printf("%02x", data[i]); } printf("\r\n"); } int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); printf("\r\n"); printf("============================================\r\n"); printf(" PQC Research Series (Part 1):\r\n"); printf(" STM32F103 + mbedTLS SHA256 Test\r\n"); printf(" Board: Alientek Warship V3\r\n"); printf(" MCU: STM32F103ZET6 @ 72MHz\r\n"); printf("============================================\r\n"); // ===== Test 1: SHA256 ===== printf("\r\n--- Test 1: SHA256 Hash ---\r\n"); char *msg = "Hello PQC!"; uint8_t hash[32]; mbedtls_sha256_context ctx; mbedtls_sha256_init(&ctx); mbedtls_sha256_starts(&ctx, 0); mbedtls_sha256_update(&ctx, (uint8_t*)msg, strlen(msg)); mbedtls_sha256_finish(&ctx, hash); mbedtls_sha256_free(&ctx); printf("Message: %s\r\n", msg); printf("SHA256: "); print_hex(hash, 32); // ===== Test 2: Standard Vector ===== printf("\r\n--- Test 2: Standard Vector SHA256(\"abc\") ---\r\n"); char *msg2 = "abc"; uint8_t hash2[32]; uint8_t expected[] = { 0xBA, 0x78, 0x16, 0xBF, 0x8F, 0x01, 0xCF, 0xEA, 0x41, 0x41, 0x40, 0xDE, 0x5D, 0xAE, 0x22, 0x23, 0xB0, 0x03, 0x61, 0xA3, 0x96, 0x17, 0x7A, 0x9C, 0xB4, 0x10, 0xFF, 0x61, 0xF2, 0x00, 0x15, 0xAD }; mbedtls_sha256_context ctx2; mbedtls_sha256_init(&ctx2); mbedtls_sha256_starts(&ctx2, 0); mbedtls_sha256_update(&ctx2, (uint8_t*)msg2, strlen(msg2)); mbedtls_sha256_finish(&ctx2, hash2); mbedtls_sha256_free(&ctx2); printf("Message: %s\r\n", msg2); printf("SHA256: "); print_hex(hash2, 32); if(memcmp(hash2, expected, 32) == 0) { printf("Result: PASSED!\r\n"); } else { printf("Result: FAILED!\r\n"); } printf("\r\n============================================\r\n"); printf(" SHA256 validation completed.\r\n"); printf(" Next: Kyber-512 on STM32F103...\r\n"); printf("============================================\r\n"); while(1) { HAL_Delay(1000); } }

6. 内存配置

STM32F103 的 RAM 只有 64KB，需要确保堆栈足够：

在STM32F103ZETX_FLASH.ld中修改：

_Min_Heap_Size = 0x2000; /* 8KB */ _Min_Stack_Size = 0x1800; /* 6KB */

7. 烧录与验证

7.1 烧录

使用 FlyMCU 通过串口 ISP 方式烧录：

1. BOOT0 拨到 1，按 RESET

2. 打开 FlyMCU，选择 COM 口，打开.hex文件

3. 点击「编程」

4. 烧录完成，BOOT0 拨回 0，按 RESET

7.2 串口输出

打开 XCOM（波特率 115200），按 RESET：

8. 资源占用

编译后资源占用（优化级别 -O0）：

Flash 512KB，RAM 64KB，完全够用。

9. 踩坑记录

坑1：编译报错common.h: No such file or directory

原因：从 mbedTLS 源码包完整复制的sha256.c依赖内部头文件。

解决：使用独立版 SHA256，去除对common.h等文件的依赖，只保留核心算法。

坑2：串口无输出

原因：没有实现printf重定向。

解决：在main.c中添加_write()和__io_putchar()函数。

坑3：CubeMX 工程包含了不需要的 CMSIS 子目录

原因：CubeMX 默认包含 DSP、NN、RTOS2 等模块。

解决：在 CubeIDE 中右键排除Drivers/CMSIS/NN、Drivers/CMSIS/DSP、Drivers/CMSIS/RTOS2等文件夹。

坑4：堆栈不足导致 HardFault

原因：默认堆栈太小。

解决：在.ld文件中增大_Min_Heap_Size和_Min_Stack_Size。

10. 总结与下一步

10.1 本实验总结

10.2 研究意义

本实验验证了mbedTLS 可以在 STM32F103 上正常运行，为后续 PQC 算法的移植提供了：

1. 可用的编译环境（CubeMX + CubeIDE 配置已验证）

2. 可用的基础代码（printf 重定向、串口通信、内存配置）

3. 性能基线（SHA256 在 F103 上的运行时间可作为参考）

10.3 下一步计划

第 2 篇预告：将尝试移植Kyber-512（NIST PQC 标准 ML-KEM 的前身）到 STM32F103，评估其：

• 代码大小（Flash 占用）

• 内存占用（RAM 使用）

• 运行时间（密钥生成、封装、解封装耗时）

• 是否能在 F103 上实时运行

📎 参考资料

• NIST FIPS 203: Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism Standard

• mbedTLS 官方文档

• PQClean: Clean implementations of PQC algorithms

• 正点原子 战舰V3 资料

📦 源码下载

完整工程源码已上传 GitHub：

GitHub - tangchunxia281-dotcom/STM32F103-PQC-Exploration: 后量子密码学（PQC）在 STM32 上的探索系列源码 · GitHub

如果对你有帮助，欢迎 ⭐Star 支持！