家里的智能门锁用手机App远程开锁，共享单车扫码即走，这些看似简单的操作背后，其实都藏着一套严密的加密机制。而它们运行的核心——嵌入式系统，资源有限，却要扛起数据安全的重任。怎么在内存小、算力弱的设备上实现可靠的加密算法，是个实实在在的技术活。
为啥嵌入式系统加密特别难
普通电脑动辄几GB内存，主频也高，跑AES、RSA这类算法轻而易举。但嵌入式设备不一样，比如一个温湿度传感器，可能只有几十KB内存，主频不到100MHz。在这种环境下，直接套用PC上的加密库会卡得没法用，甚至根本跑不起来。
更麻烦的是，很多嵌入式设备长期暴露在外，物理防护弱，攻击者可以轻易拿到硬件，通过侧信道攻击（比如功耗分析）来破解密钥。所以光算法正确还不够，实现方式也得防得住“偷看”。
选对算法是第一步
在资源受限的环境里，不能一味追求“最安全”，得找平衡点。比如对称加密中，AES-128足够应对大多数场景，而且有硬件加速支持的MCU越来越多，效率比软件实现高得多。
非对称加密方面，RSA计算开销大，适合做密钥交换但不适合频繁使用。这时候ECC（椭圆曲线加密）就更有优势，256位的ECC安全性相当于3072位的RSA，但运算更快、占用资源更少，特别适合物联网设备。
代码层面优化很关键
以AES为例，在STM32这类带硬件加密模块的芯片上，启用DMA+硬件AES可以做到高速加解密而不占用CPU。下面是简化后的初始化示例：
<pre><code>// 初始化硬件AES
HAL_AES_Init(&haes);
// 设置密钥
HAL_AES_SetKey(&haes, user_key, AES_KEYSIZE_128BIT);
// 启动加密
HAL_AES_Encrypt_DMA(&haes, plaintext, ciphertext, BLOCK_SIZE);
</code></pre>如果没硬件支持，就得靠软件优化。比如用查表法（T-tables）提升速度，但会增加约4KB的ROM占用。这时候就得权衡：功能重要还是空间重要？有时候宁可慢一点，也要省下那几千字节给别的功能用。
别忘了防侧信道攻击
一段看着正确的RSA实现，可能因为执行时间不同就被攻破。比如私钥运算中，不同的比特值导致不同的分支跳转，攻击者通过测量功耗就能猜出密钥。解决办法之一是使用恒定时间算法（constant-time），确保无论输入如何，执行路径和时间都一致。
另一个常见做法是随机化处理，比如在密钥外面乘个随机数，运算完再除回去。这样每次功耗轨迹都不一样，攻击难度大大增加。
实际开发中的取舍
做智能家居网关时，曾遇到固件更新需要签名验证的问题。一开始用RSA-2048，测试发现验签要800毫秒，用户体验太差。换成ECDSA with secp256r1后，时间降到120毫秒，效果立竿见影。
还有一次给工业传感器做通信加密，现场干扰严重，干脆采用AES-CTR模式+HMAC-SHA256做完整性校验。虽然多花了一点资源，但保证了数据既保密又防篡改，客户反馈稳定多了。
嵌入式加密不是照搬标准就行，得根据芯片能力、应用场景、安全等级一步步调。有时候一行代码的改动，就能让性能翻倍；一个细节的疏忽，也可能让整个系统形同虚设。