📚 课程目录第2章生成并存储根密钥

2. 生成并存储根密钥

任务说明

本案例目标是在TC3xx HSM中生成RSA-2048根密钥对，并将公钥导出存储到安全存储区（如HSM NVM或外部安全Flash），私钥永久保存在HSM内部不可导出。该根密钥将用于后续固件签名验证或安全启动链的信任根。

环境依赖

TC3xx MCU（如AURIX TC397）HSM模块
HSM固件支持Crypto Driver（符合AUTOSAR规范）
使用英飞凌MCAL中的 Csm（Crypto Service Manager）或直接操作HSM寄存器

关键完整代码

/* 假设使用AUTOSAR Csm接口，密钥ID定义 */
#define HSM_ROOT_KEY_ID      0x0001
#define HSM_KEY_STORAGE_NVM  0x0002  /* 安全存储区标识 */

/* 生成RSA-2048密钥对并存储公钥 */
Std_ReturnType HSM_GenerateAndStoreRootKey(void)
{
    Crypto_ResultType result;
    Crypto_KeyType keyType;
    Crypto_KeyElement keyElement;
    uint8 publicKeyBuffer[270];  /* RSA-2048公钥：模数256 + 指数8 + 头部 */
    uint32 publicKeyLen = sizeof(publicKeyBuffer);

    /* 1. 配置密钥类型为RSA-2048 */
    keyType.cryptoAlgo = CRYPTO_ALGO_RSA;
    keyType.keyLength = 2048;
    keyType.keyFlags = CRYPTO_KEYFLAG_EXPORTABLE_PUBLIC; /* 仅公钥可导出 */

    /* 2. 在HSM内部生成密钥对 */
    result = Crypto_KeyGenerate(HSM_ROOT_KEY_ID, &keyType);
    if (result != CRYPTO_E_OK) {
        return E_NOT_OK;
    }

    /* 3. 导出公钥（私钥不可导出，由HSM硬件保证） */
    keyElement.elementType = CRYPTO_KEY_ELEMENT_PUBLIC;
    result = Crypto_KeyElementGet(HSM_ROOT_KEY_ID, &keyElement,
                                  publicKeyBuffer, &publicKeyLen);
    if (result != CRYPTO_E_OK) {
        return E_NOT_OK;
    }

    /* 4. 将公钥写入安全存储区（NVM） */
    result = Crypto_KeyElementSet(HSM_KEY_STORAGE_NVM,
                                  CRYPTO_KEY_ELEMENT_PUBLIC,
                                  publicKeyBuffer, publicKeyLen);
    if (result != CRYPTO_E_OK) {
        return E_NOT_OK;
    }

    return E_OK;
}

运行与验证

集成方式：将上述函数在HSM初始化完成后调用一次，通常在系统启动早期执行。
编译配置：确保MCAL Crypto驱动已启用，并在配置工具中定义密钥ID HSM_ROOT_KEY_ID 与存储区域 HSM_KEY_STORAGE_NVM。
验证步骤：
- 调用 HSM_GenerateAndStoreRootKey() 后检查返回值是否为 E_OK。
- 读取NVM中存储的公钥数据，确认长度约为270字节且首字节为0x30（DER编码起始），说明公钥格式正确。
- 尝试调用 Crypto_KeyElementGet 导出私钥（CRYPTO_KEY_ELEMENT_PRIVATE），应返回错误码，证明私钥不可导出。

通过判定标准

函数返回 E_OK，且NVM中能读到有效的RSA公钥数据。
私钥导出操作被HSM拒绝，返回错误码。
使用导出的公钥对已知数据进行RSA加密，再用HSM内部私钥解密，能还原原始数据（需额外测试代码，但可验证密钥对正确性）。

常见问题

密钥生成失败：检查HSM是否已完成初始化，以及密钥ID是否与配置一致。
公钥导出长度不符：确认缓冲区至少270字节，且HSM驱动版本支持的DER编码格式。
NVM写入失败：确认存储区域已擦除且地址对齐，部分HSM要求4字节对齐写入。