专栏首页m0w3nLinux实现树莓派3B的国密SM9算法交叉编译——(二)miracl库的测试与静态库的生成

Linux实现树莓派3B的国密SM9算法交叉编译——(二)miracl库的测试与静态库的生成

  先参考这篇文章 

Linux实现树莓派3B的国密SM9算法交叉编译——(一)环境部署、简单测试与eclipse工程项目测试

  部署好环境,并简单测试交叉编译环境是否安装成功,最后实现在Eclipse上进行交叉编译。

  这篇文章主要介绍在Eclipse上进行miracl的交叉编译测试与生成miracl静态库,方便后续实现国密SM9算法。

一、MIRACL库介绍

  MIRACL(Multiprecision Integer and RationalArithmetic C/c++ Library)是一套由Shamus Software Ltd.所开发的一套关于大数运算函数库,用来设计与大数运算相关的密码学之应用,包含了RSA 公开密码学、Diffie-Hellman密钥交换(Key Exchange)、AES、DSA数字签名,还包含了较新的椭圆曲线密码学(Elliptic CurveCryptography)等等。运算速度快,并提供源代码。

MIRACL用户手册(译):https://wenku.baidu.com/view/d542f2ed0975f46527d3e1dc.html

  由于毕业论文涉及到国密SM9算法,所以需要在树莓派中实现该SM9,查阅相关资料,有大神已经在windows平台上用miracl库实现了(https://blog.csdn.net/yaoyuanyylyy/article/details/80871509),然后自己同样在windows平台部署成功,但是需要和树莓派做秘钥协商,因此经过大量尝试,最后找到一个可行的方法,由于树莓派使用的是ARM处理器,所以需要通过交叉编译部署我们的国密算法。

二、MIRACL下载并在Kali上进行编译以及pk-demo测试

1、 从https://github.com/miracl/MIRACL/archive/master.zip下载github下的项目源码。我下载的是.zip压缩包,名字为MIRACL-master.zip。

2、 建立一个目录miracl用来放置源码

cd /root
mkdir miracl

3、 将下载成功的MIRACL-mater.zip放到上述创建的miracl目录

cd miracl
cp ../MIRACL-master.zip ./MIRACL-master.zip

4、 解压zip包,把所有独立的文件都放在这个目录,即将所有非目录的文件解压在当前目录下

unzip -j -aa -L MIRACL-master.zip
rm MIRACL-master.zip

5、 用shell文件编译。如果是64位系统用linux64,如果是32位系统用linux。由于我的系统为64位Kali Linux,因此执行如下命令

bash linux64

如果提示没有安装g++,请使用  sudo apt-get install g++ 进行安装。

6、 运行源码提供的示例代码 pk-demo,测试一下是否编译成功。

./pk-demo

这个程序是个简单检验,迪菲-赫尔曼密钥交换(Diffie–Hellman key exchange)协议的正确性,如果输出无错误则表示编译完成 ,

编译完成并成功运行!

linux64编译代码如下:

rm *.exe
rm miracl.a
cp mirdef.h64 mirdef.h
gcc -c -m64 -O2 mrcore.c
gcc -c -m64 -O2 mrarth0.c
gcc -c -m64 -O2 mrarth1.c
gcc -c -m64 -O2 mrarth2.c
gcc -c -m64 -O2 mralloc.c
gcc -c -m64 -O2 mrsmall.c
gcc -c -m64 -O2 mrio1.c
gcc -c -m64 -O2 mrio2.c
gcc -c -m64 -O2 mrgcd.c
gcc -c -m64 -O2 mrjack.c
gcc -c -m64 -O2 mrxgcd.c
gcc -c -m64 -O2 mrarth3.c
gcc -c -m64 -O2 mrbits.c
gcc -c -m64 -O2 mrrand.c
gcc -c -m64 -O2 mrprime.c
gcc -c -m64 -O2 mrcrt.c
gcc -c -m64 -O2 mrscrt.c
gcc -c -m64 -O2 mrmonty.c
gcc -c -m64 -O2 mrpower.c
gcc -c -m64 -O2 mrsroot.c
gcc -c -m64 -O2 mrcurve.c
gcc -c -m64 -O2 mrfast.c
gcc -c -m64 -O2 mrshs.c
gcc -c -m64 -O2 mrshs256.c
gcc -c -m64 -O2 mrshs512.c
gcc -c -m64 -O2 mrsha3.c
gcc -c -m64 -O2 mrfpe.c
gcc -c -m64 -O2 mraes.c
gcc -c -m64 -O2 mrgcm.c
gcc -c -m64 -O2 mrlucas.c
gcc -c -m64 -O2 mrzzn2.c
gcc -c -m64 -O2 mrzzn2b.c
gcc -c -m64 -O2 mrzzn3.c
gcc -c -m64 -O2 mrzzn4.c
gcc -c -m64 -O2 mrecn2.c
gcc -c -m64 -O2 mrstrong.c
gcc -c -m64 -O2 mrbrick.c
gcc -c -m64 -O2 mrebrick.c
gcc -c -m64 -O2 mrec2m.c
gcc -c -m64 -O2 mrgf2m.c
gcc -c -m64 -O2 mrflash.c
gcc -c -m64 -O2 mrfrnd.c
gcc -c -m64 -O2 mrdouble.c
gcc -c -m64 -O2 mrround.c
gcc -c -m64 -O2 mrbuild.c
gcc -c -m64 -O2 mrflsh1.c
gcc -c -m64 -O2 mrpi.c
gcc -c -m64 -O2 mrflsh2.c
gcc -c -m64 -O2 mrflsh3.c
gcc -c -m64 -O2 mrflsh4.c
cp mrmuldv.g64 mrmuldv.c
gcc -c -m64 -O2 mrmuldv.c
ar rc miracl.a mrcore.o mrarth0.o mrarth1.o mrarth2.o mralloc.o mrsmall.o mrzzn2.o mrzzn3.o
ar r miracl.a mrio1.o mrio2.o mrjack.o mrgcd.o mrxgcd.o mrarth3.o mrbits.o mrecn2.o mrzzn4.o
ar r miracl.a mrrand.o mrprime.o mrcrt.o mrscrt.o mrmonty.o mrcurve.o mrsroot.o mrzzn2b.o
ar r miracl.a mrpower.o mrfast.o mrshs.o mrshs256.o mraes.o mrlucas.o mrstrong.o mrgcm.o    
ar r miracl.a mrflash.o mrfrnd.o mrdouble.o mrround.o mrbuild.o
ar r miracl.a mrflsh1.o mrpi.o mrflsh2.o mrflsh3.o mrflsh4.o 
ar r miracl.a mrbrick.o mrebrick.o mrec2m.o mrgf2m.o mrmuldv.o mrshs512.o mrsha3.o mrfpe.o
rm mr*.o
gcc -m64 -O2 bmark.c miracl.a -o bmark
gcc -m64 -O2 fact.c miracl.a -o fact
g++ -c -m64 -O2 big.cpp
g++ -c -m64 -O2 zzn.cpp
g++ -c -m64 -O2 ecn.cpp
g++ -c -m64 -O2 ec2.cpp
g++ -c -m64 -O2 crt.cpp
g++ -m64 -O2 mersenne.cpp big.o miracl.a -o mersenne
g++ -m64 -O2 brent.cpp big.o zzn.o miracl.a -o brent
g++ -c -m64 -O2 flash.cpp
g++ -m64 -O2 sample.cpp flash.o miracl.a -o sample
g++ -m64 -O2 ecsgen.cpp ecn.o big.o miracl.a -o ecsgen
g++ -m64 -O2 ecsign.cpp ecn.o big.o miracl.a -o ecsign
g++ -m64 -O2 ecsver.cpp ecn.o big.o miracl.a -o ecsver
g++ -m64 -O2 pk-demo.cpp ecn.o big.o miracl.a -o pk-demo
g++ -c -m64 -O2 polymod.cpp
g++ -c -m64 -O2 poly.cpp
g++ -m64 -O2 schoof.cpp polymod.o poly.o ecn.o crt.o zzn.o big.o miracl.a -o schoof

三、使用Eclipse进行交叉编译,并在树莓派上运行pk-demo测试

1、创建交叉应用工程 在 Eclipse 主界面点击菜单 File > New > C/C++ Project > C++ Managed Build,在弹出的“C++ Project”对话框中,输入项目名称为 miracl_cross_pk_demo_cpp 。选择一个项目类型(如Executable/Empty Project),在 Toolchains 中一定要选 Cross GCC,这是CDT对交叉环境的支持,提供了额外的功能,以方便嵌入式应用程序的开发。

点击下一步,来到“Select Configurations”页面,我们采用默认,直接下一步,来到“Cross GCC Command”的设置。这里我们可以填写交叉编译工具链的交缀和路径,如:

Cross compiler prefix: arm-linux-gnueabihf-  #(别打错!)
Cross compiler path: /usr/tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64/bin

最后点击完成,一个交叉项目就创建好了。关于交叉编译前缀和路径的设置,在项目创建后,可以在项目的属性中改变它。

2、添加头文件及源文件

在miracl_cross_pk_demo_cpp项目中添加  include、src文件夹,其中include用于存放miracl相关文件,src用于存放pk-demo.cpp源文件

拷贝文件之前,先将arm版的mirdef.arm文件替换 mirdef.h 文件(此步骤重要!!!),

cp mirdef.arm mirdef.h  #试用arm版的mirdef头文件

然后再将以下文件从miracl文件夹中拷贝到 include 文件夹中(不需要拷贝mrmuldv.c,因为mrmuldv.c这个文件中的函数已经在mrcore.c文件中实现,否则会编译出错!!!)

big.cpp   mirdef.h   mrbuild.c   mrflash.c  mrgf2m.c   mrrand.c    mrstrong.c
big.h     mraes.c    mrcore.c    mrflsh1.c  mrio1.c    mrround.c   mrxgcd.c
crt.cpp   mralloc.c  mrcrt.c     mrflsh2.c  mrio2.c    mrscrt.c    mrzzn2b.c
crt.h     mrarth0.c  mrcurve.c   mrflsh3.c  mrjack.c   mrsha3.c    mrzzn2.c
ec2.cpp   mrarth1.c  mrdouble.c  mrflsh4.c  mrlucas.c  mrshs256.c  mrzzn3.c
ec2.h     mrarth2.c  mrebrick.c  mrfpe.c    mrmonty.c  mrshs512.c  mrzzn4.c
ecn.cpp   mrarth3.c  mrec2m.c    mrfrnd.c   mrpi.c     mrshs.c     zzn.cpp
ecn.h     mrbits.c   mrecn2.c    mrgcd.c    mrpower.c  mrsmall.c   zzn.h
miracl.h  mrbrick.c  mrfast.c    mrgcm.c    mrprime.c  mrsroot.c

 再将miracl中的 pk-demo.cpp 文件拷贝到 src 下,并改名为 main.cpp

3、设置工程属性(头文件包含位置)

右击工程,选择properties,在左侧栏中选中C/C++ Build → Settings → Tool Settings,Cross GCC Compiler 中的 includes 和 Cross G++ Compiler 中的 includes 都要添加本项目的include文件夹:

 Apply and Close 应用并保存设置。

4、编译项目:Project > Build Project

编译成功,并产生一个 Debug 文件夹,再将 Debug下的 miracl_cross_pk_demo_cpp 可执行文件拷贝到树莓派中,

5、树莓派执行

将编译好的二进制文件拷贝到树莓派中执行

chmod 777 miracl_cross_pk_demo_cpp     #赋予可执行权限,否则执行不了
./miracl_cross_pk_demo_cpp             #执行

树莓派成功执行 pk-demo 测试程序!!!

下一步将miracl编译为静态库,给国密SM9算法调用。

四、将miracl库交叉编译为静态库libmiracl.a

1、创建C++静态库应用工程 在 Eclipse 主界面点击菜单 File > New > C/C++ Project > C++ Managed Build,在弹出的“C++ Project”对话框中,输入项目名称为 miracl 。选择一个静态库项目类型(如 Static Library / Empty Project),在 Toolchains 中一定要选 Cross GCC,这是CDT对交叉环境的支持,提供了额外的功能,以方便嵌入式应用程序的开发。

点击下一步,来到“Select Configurations”页面,我们采用默认,直接下一步,来到“Cross GCC Command”的设置。这里我们可以填写交叉编译工具链的交缀和路径,如:

Cross compiler prefix: arm-linux-gnueabihf-  #(别打错!)
Cross compiler path: /usr/tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64/bin

最后点击完成,一个交叉静态库项目就创建好了。

2、添加头文件及源文件

在 miracl_cross 项目中添加  include 文件夹,其中 include 用于存放 miracl 相关的头文件,src 用于存放 miracl 相关的源文件

然后将 miracl_cross_pk_demo_cpp/include 中的 *.h 头文件拷贝到 miracl/include 中,

big.h  crt.h  ec2.h  ecn.h  miracl.h  mirdef.h  zzn.h

 然后再将 miracl_cross_pk_demo_cpp/include 中的 *.c 和 *.cpp 源文件拷贝到 miracl/src 中,

big.cpp mrarth2.c mrdouble.c mrflsh3.c mrio2.c mrround.c mrstrong.c
crt.cpp    mrarth3.c  mrebrick.c  mrflsh4.c  mrjack.c   mrscrt.c    mrxgcd.c
ec2.cpp    mrbits.c   mrec2m.c    mrfpe.c    mrlucas.c  mrsha3.c    mrzzn2b.c
ecn.cpp    mrbrick.c  mrecn2.c    mrfrnd.c   mrmonty.c  mrshs256.c  mrzzn2.c
mraes.c    mrbuild.c  mrfast.c    mrgcd.c    mrpi.c     mrshs512.c  mrzzn3.c
mralloc.c  mrcore.c   mrflash.c   mrgcm.c    mrpower.c  mrshs.c     mrzzn4.c
mrarth0.c  mrcrt.c    mrflsh1.c   mrgf2m.c   mrprime.c  mrsmall.c   zzn.cpp
mrarth1.c  mrcurve.c  mrflsh2.c   mrio1.c    mrrand.c   mrsroot.c

3、设置工程属性(头文件包含位置)

同样,右击工程,选择properties,在左侧栏中选中C/C++ Build → Settings → Tool Settings,Cross GCC Compiler 中的 includes 和 Cross G++ Compiler 中的 includes 都要添加本项目的include文件夹:

 Apply and Close 应用并保存设置。

4、编译项目:Project > Build Project

编译成功,并在 Debug 文件夹生成一个 libmiracl.a 静态库文件,

下一步将miracl编译为静态库,给国密SM9算法调用。

五、调用第四步生成的静态库文件在树莓派上测试

1、创建应用工程 在 Eclipse 主界面点击菜单 File > New > C/C++ Project > C++ Managed Build,在弹出的“C++ Project”对话框中,输入项目名称为 miracl_cross_libtest 。选择一个项目类型(如Executable/Empty Project),在 Toolchains 中一定要选 Cross GCC,这是CDT对交叉环境的支持,提供了额外的功能,以方便嵌入式应用程序的开发。

点击下一步,来到“Select Configurations”页面,我们采用默认,直接下一步,来到“Cross GCC Command”的设置。这里我们可以填写交叉编译工具链的交缀和路径,如:

Cross compiler prefix: arm-linux-gnueabihf-  #(别打错!)
Cross compiler path: /usr/tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64/bin

最后点击完成,一个应用项目就创建好了。

2、添加头文件、源文件及库文件

在 miracl_cross_libtest 项目中添加  include、src、lib文件夹,其中include用于存放miracl相关头文件,src用于存放pk-demo.cpp源文件,lib用于存放libmiracl.a库文件。

将 miracl_cross/include 中的 *.h 头文件拷贝到 miracl_cross_libtest/include 中,

将 miracl_cross/Debug 中的 libmiracl.a 库文件拷贝到 miracl_cross_libtest/lib 中,

 将 miracl中的 pk-demo.cpp 文件拷贝到 src 下,并改名为 main.cpp

 3、设置工程属性(头文件与库文件包含位置)

右击工程,选择properties,在左侧栏中选中C/C++ Build → Settings → Tool Settings,Cross GCC Compiler 中的 includes 和 Cross G++ Compiler 中的 includes 都要添加本项目的include文件夹:

头文件不再截图,配置库文件 如下(Other options 不要添加内容!!!)

 Apply and Close 应用并保存设置。

4、编译项目:Project > Build Project

编译成功,并产生一个 Debug 文件夹,再将 Debug下的 miracl_cross_libtest 可执行文件拷贝到树莓派中,

5、树莓派执行

将编译好的二进制文件拷贝到树莓派中执行

chmod 777 miracl_cross_libtest     #赋予可执行权限,否则执行不了
./miracl_cross_libtest             #执行

树莓派成功执行 pk-demo 测试程序!!!

下一步将miracl编译为静态库,给国密SM9算法调用。

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  • 树莓派下编译并使用miracl密码库

    MIRACL用户手册:https://wenku.baidu.com/view/d542f2ed0975f46527d3e1dc.html

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