歡迎再次來到“碼靈半導體CFW32C7UL系列產品應用介紹”連載專題。通過上期對CFW32C7UL系列支持的國密算法種類的介紹，相信您對CFW327UL系列的國密硬件模塊有了初步了解，那么這些國密模塊如何使用？應用是否便捷？加解密的速度如何？帶著這些疑問，我們今天從真隨機數發生器TRNG和SM3算法模塊的調用開始談起。

一、真隨機數發生器TRNG模塊
說到隨機，有兩個必須要搞清楚的概念即“真隨機數生成器”（TRNG）和偽隨機數生成器（PRNG）。大部分計算機程序和語言中的隨機函數，都是偽隨機數生成器，它們都是由確定的算法，通過一個“種子”（如“時間”）來產生“看起來隨機”的結果值。毫無疑問，只要知道算法和種子，或者是之前已經產生了的隨機數，那么就有可能獲得接下來隨機數序列的信息，因此它們帶有可預測性。這種可預測性在密碼學上并不安全，所以我們稱其為“偽隨機”。
與“偽隨機”相對應的是“真隨機”，真正的隨機數僅存在于量子力學中，而我們需要的是一種不可預測的、統計意義上的、高安全性的隨機數。在碼靈半導體CFW32C7UL系列產品中我們提供了四組這種真隨機數源，用以產生真隨機數，同時該功能模塊是采用硬件方式實現的，并且通過了NIST統計檢測程序的隨機性測試。
下面我們具體介紹下CFW32C7UL系列產品的真隨機數發生器TRNG模塊是如何通過碼靈半導體官方提供的SDK函數來進行調用的。目前碼靈半導體官方提供了兩種SDK，即裸機SDK和Linux SDK。
開發模式一：裸機SDK
裸機SDK與提供的freeRTOS和uCOS SDK中相同。
① 產生一個真隨機數
調用HAL_TRNG_GetValue()
uint32_t HAL_TRNG_GetValue() 函數返回值為一個真隨機數
② 使用范例
uint32_t random = HAL_TRNG_GetValue();
單個函數看不出硬件實現和軟件實現有什么不同，那下面展現一下函數源碼：
uint32_t HAL_HRNG_GetValue()
{
uint32_t ret;
HRNG->CMPRES = 0x02;
HRNG->CTRL |= (HRNG_CTRL_RNG_EN0 | HRNG_CTRL_RNG_EN1 | HRNG_CTRL_RNG_EN2 | HRNG_CTRL_RNG_EN3 | HRNG_CTRL_SCLK_SEL);
while((HRNG->STATUS& HRNG_STATUS_FIFO_NOT_EMPTY) ==0);
ret= HRNG->LFSR;
return ret;
}
上面所述的就是對寄存器HRNG->CMPRE、HRNG->CTRL進行一個配置后，等待HRNG->STATUS，之后HRNG->LFSR寄存器中取出隨機數。
開發模式二：Linux SDK
通過操作linux系統中/dev/wokoo_trng，就可以進行產生真隨機數。
① TRNG算法底層接口
? open：打開設備節點
? read：讀取隨機數的數據
② 接口描述
? open
函數原型：static int uac_open(struct inode *inode, struct file * file)
參數：file:文件名
返回值：成功0，其它失敗
? read
函數原型：static ssize_t uac_read(struct file * file, char __user *buffer, size_t size , loff_t *p)
參數：file:文件名，buffer：讀出數據緩存,size:讀出數據長度
返回值：成功0，其它失敗
③ 使用示例
trng_fd = open("/dev/wokoo_trng", O_RDWR); //打開trng的節點
read(trng_fd, (unsigned char *)&trng_data, 1); //讀取真隨機數
CFW32C7UL系列的TRNG效率
目前碼靈半導體CFW32C7UL系列產品產生隨機數的速率是75kb/s，每秒可以產生75kb的真隨機數。
二、SM3雜湊硬件算法模塊
SM3算法為國密雜湊算法，數據分組長度為512bit，雜湊值長度為256bit。基本運算流程為：對輸入數據流做填充，構成整數個512bit長度的數據流；再對數據做分組；然后對每個分組做擴展和替換壓縮操作，得到中間的臨時雜湊值，反復進行直到所有分組處理完畢，最后一個計算得到的雜湊值作為整個數據流的最終雜湊值輸出。
開發模式一：裸機SDK
調用SM3_Hash產生SM3 最終hash 值。
void SM3_Hash(uint32_t *pDataIn,uint32_t DataLen,uint32_t *pDigest)
① 函數參數說明
pDataIn: 輸入的數據指針( big endian)
DataLen :數據的bit 長度
pDigest: 輸出的最終hash值
② 使用范例
SM3_Hash (message,32,tempbuf);
//message 是原始數據，數據長度為32，tempbuf是產生的256位hash值
開發模式二：Linux SDK
通過操作linux系統中/dev/wokoo_sm3 ，就可以進行SM3雜湊算法的運算。
① SM3算法底層接口
? open：打開設備節點
? read：讀取加密后的數據
? write：寫入加密的數據
② 接口描述
? Open
函數原型： static int uac_open(struct inode *inode, struct file * file)
參數：file:文件名
返回值：成功0，其它失敗
? Read
函數原型：static ssize_t uac_read(struct file * file, char __user *buffer, size_t size , loff_t *p)
參數：file:文件名，buffer：讀出數據緩存,size:讀出數據長度
返回值：成功0，其它失敗
? Write
函數原型： static ssize_t uac_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
參數：file:文件名，buf：寫入數據緩存,count:寫入數據長度
返回值：成功0，其它失敗
③ 使用示例
sm3_fd = open("/dev/wokoo_sm3", O_RDWR); //打開sm3節點
write(sm3_fd, &sm3_data.datain, sm3_data.datalen); //寫入需雜湊的數據
read(sm3_fd, &sm3_data.dataout, NULL); //讀出雜湊完的結果
CFW32C7UL系列SM3算法的效率
通過輸入128KB數據，完成雜湊運算后輸出運算結果，統計時間如下圖

目前碼靈半導體CFW32C7UL系列產品可以實現45Mbps的雜湊速率。
通過以上對CFW32C7UL系列產品的真隨機數發生器TRNG和SM3算法模塊的介紹，相信大家對國密模塊的如何使用有了初步了解，那么SM2和SM4算法在CFW32C7UL系列產品中如何具體使用呢？讓我們帶著這些問題，在下期中繼續探尋吧。
今天的專題就到這兒，更多關于碼靈半導體CFW32C7UL系列產品的介紹，我們下期見！