个人知识库(小明)

本文档系统性地剖析 OTX 代理插件中所有加密算法、编码工具和辅助运算函数的实现原理与调用关系。主要包括：Base64 编解码、SHA256 哈希、DES-CBC 加解密（PKCS5 填充）、AES ECB（纯软件实现）与 AES-CBC（OpenSSL）、ECDSA 签名、CRC16-IBM 校验、进制转换工具（Hex ↔ ByteField）、SeedToKey 密钥计算，以及刷写文件专用的 RSA+AES-CBC 双层解密流水线。

模块架构总览

整个加密算法体系由三层构成：底层纯软件实现层（AES 类、CRC16 位反转算法）、OpenSSL 封装层（SHA256、DES-CBC、ECDSA、RSA、AES-CBC）、OTX API 导出层（algorithm.h 中通过 extern "C" 暴露给 OTX 运行时的所有函数）。其中 FlashFileUtils 是一个独立的消费者模块，它将 Base64 解码、RSA 私钥解密、AES-CBC 解密组合成一条完整的流水线，用于解密被加密的 VBF 刷写文件和配置文件。

mermaid

graph TB
    subgraph OTX_API["OTX API 导出层 (algorithm.h)"]
        b64e["base64_encode / base64_decode"]
        sha["sha256"]
        des["des_cbc_pkcs5_encrypt / decrypt"]
        aes["aes_cipher"]
        ecdsa["ecdsa_signature"]
        crc["crc16_ibm"]
        radix["radix_hex2Array / array2Hex / ..."]
        stk["seedToKey / ver_calc"]
        uuid["getUUID / pow_calc / sendCAData"]
    end

    subgraph OpenSSL["OpenSSL 封装层"]
        ossl_sha["SHA256_CTX"]
        ossl_des["DES_ncbc_encrypt"]
        ossl_ec["ECDSA_sign / EC_KEY"]
        ossl_rsa["RSA_private_decrypt"]
        ossl_aes_cbc["AES_set_decrypt_key / AES_cbc_encrypt"]
        ossl_p12["PKCS12_parse / PEM"]
    end

    subgraph PureSW["纯软件实现层"]
        aes_class["AES 类 (aes.cpp)"]
        crc_algo["CRC16-IBM 位反转"]
    end

    subgraph Consumers["消费者模块"]
        flash["FlashFileUtils<br/>RSA→AES-CBC 流水线"]
        jidu_client["JiduClient (ECDSA 签名)"]
        vbf_parser["VBFParserSmall"]
        mcd_trans["MCDCmdTrans"]
    end

    b64e --> flash
    ossl_rsa --> flash
    ossl_aes_cbc --> flash
    aes_class --> aes
    crc_algo --> crc
    ossl_sha --> sha
    ossl_des --> des
    ossl_ec --> ecdsa
    ossl_p12 --> ossl_rsa
    flash --> vbf_parser
    ecdsa --> jidu_client

模块依赖关系：algorithm.h 被 15 个源文件引用，是整个系统的密码学基础设施。其中 FlashFileUtils 使用了 base64_decode（来自 algorithm.h）和 OpenSSL 的 RSA/AES-CBC（直接调用），构成刷写文件解密的完整链路。

Sources: algorithm.h, algorithm.cpp, FlashFileUtils.cpp, FlashFileUtils.h

Base64 编解码

Base64 是 OTX 系统中使用最广泛的编码工具，用于将二进制密钥、签名数据、证书内容转换为可安全嵌入 JSON 传输的文本格式。实现为纯 C 算法，不依赖任何第三方库。

编码过程以 3 字节为一组，分解为 4 个 6 位索引，查表输出对应字符。编码表为标准 Base64 字母表：A-Za-z0-9+/。当输入长度不是 3 的倍数时，末尾补 = 号——余 1 字节时补两个 =，余 2 字节时补一个 =。输出长度计算遵循公式：若 str_len % 3 == 0，则 len = str_len / 3 * 4；否则 len = (str_len / 3 + 1) * 4。

mermaid

flowchart LR
    subgraph Input["3 字节输入"]
        B0["Byte0<br/>b7..b0"]
        B1["Byte1<br/>b7..b0"]
        B2["Byte2<br/>b7..b0"]
    end
    subgraph Split["6位分组"]
        G0["b7..b2"]
        G1["b1..b0 + b7..b4"]
        G2["b3..b0 + b7..b6"]
        G3["b5..b0"]
    end
    subgraph Output["4 字符输出"]
        C0["table[G0]"]
        C1["table[G1]"]
        C2["table[G2]"]
        C3["table[G3]"]
    end
    B0 --> G0 & G1
    B1 --> G1 & G2
    B2 --> G2 & G3
    G0 --> C0
    G1 --> C1
    G2 --> C2
    G3 --> C3

解码过程使用一个 128 字节的查找表，将 ASCII 字符直接映射为 0-63 的数值（非法字符映射为 0）。通过检测末尾 = 号数量来还原原始长度：== 则减 2 字节，单个 = 则减 1 字节。每次读取 4 个字符，还原出 3 个字节。

特性	细节
编码表	`ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/`
填充字符	`=`
输入单位	3 字节 → 4 字符
线程安全	`std::recursive_mutex` 保护
错误处理	输出缓冲区不足时返回 `-1`，并通过 Tracer 记录错误

在 FlashFileUtils::DecryptConfig 中，Base64 解码作为流水线的第一环——将文本形式的加密配置还原为二进制，再送入 AES-CBC 解密。

Sources: algorithm.cpp

SHA256 哈希

SHA256 哈希通过 OpenSSL 的低级 API（SHA256_CTX）实现，遵循标准的 Init → Update → Final 三段式调用模式。输出固定为 32 字节（256 位）的二进制摘要。

mermaid

sequenceDiagram
    participant Caller as 调用方
    participant SHA as sha256()
    participant CTX as SHA256_CTX
    Caller->>SHA: inParams, inLen, outBuffer, outBufferSize
    SHA->>SHA: lock(m_mutex)
    SHA->>SHA: 检查 outBufferSize >= 32
    SHA->>CTX: SHA256_Init(&context)
    SHA->>CTX: SHA256_Update(&context, inParams, inLen)
    SHA->>CTX: SHA256_Final(outBuffer, &context)
    SHA-->>Caller: 返回 32（成功）或 -1（缓冲区不足）

SHA256 在整个系统中承担两个角色：其一作为独立的哈希函数供 OTX 脚本直接调用；其二在 ECDSA 签名流程中被用作消息摘要算法——ecdsa_signature() 内部先对消息执行 SHA256() 计算哈希，再将摘要传递给 ECDSA_sign() 进行签名。

Sources: algorithm.cpp, algorithm.cpp

DES-CBC 加密与解密（PKCS5 填充）

DES-CBC 模块提供对称加密能力，使用 8 字节密钥和 固定 IV 向量，采用 CBC（密码块链接）模式，并自行实现了 PKCS5Padding（与 PKCS7Padding 等效，仅填充范围限定为 8 字节块）。

加密过程

mermaid

flowchart TD
    PT["明文 (clearText)"] --> Split["按 8 字节分块"]
    Split --> Full["完整块 (clearLen/8 个)"]
    Split --> Rem["剩余字节 (clearLen%8)"]
    Full --> EncLoop["DES_ncbc_encrypt 循环<br/>每块加密后 IV=密文块"]
    Rem --> Pad["PKCS5 填充<br/>填充值 = 8 - 余数"]
    Pad --> FinalEnc["最终块加密"]
    EncLoop --> Merge["拼接所有密文块"]
    FinalEnc --> Merge
    Merge --> CT["密文输出"]

PKCS5 填充规则：若明文长度为 8 的整数倍，追加一个完整的 8 字节块，每字节值为 0x08；若余 r 字节（r < 8），则追加 8 - r 个值为 8 - r 的字节。

固定 IV 向量（加密）：{'j', 'k', 't', '1', '2', '3', '4', '5'}。

密钥处理：若传入的密钥字符串长度超过 8 字节，只截取前 8 字节；若不足 8 字节，用 0x00 填充至 8 字节。使用 DES_set_key_unchecked 设置密钥表（不检查奇偶性）。

解密过程

解密端 IV 向量为：{'s', 'i', 'u', 'h', 'u', 'a', 'l', 'i'}（与加密端的 IV 不同），采用逐块解密的方式，支持处理非 8 字节对齐的输入。

参数	加密	解密
IV 向量	`jkt12345`	`siuhuali`
模式	CBC	CBC
填充	PKCS5（自行实现）	PKCS5（需调用方处理）
密钥长度	最多 8 字节（截断或补零）	最多 8 字节（截断或补零）
线程安全	`recursive_mutex`	`recursive_mutex`

Sources: algorithm.cpp

AES 加密——纯软件实现与 OpenSSL 封装双轨

OTX 系统同时存在两套 AES 实现，服务于不同场景：

维度	AES 类（aes.cpp）	OpenSSL AES-CBC（FlashFileUtils）
模式	ECB（电子密码本）	CBC（密码块链接）
实现方式	纯 C++ 软件实现（S-Box 查表）	调用 OpenSSL `AES_cbc_encrypt`
密钥长度	128 位（10 轮）	128 位
IV 向量	无	有（硬编码或派生自 RSA 解密结果）
使用场景	OTX API `aes_cipher()` 单块加密	刷写文件/配置文件/私钥文件批量解密

AES 纯软件实现（aes.cpp）

AES 类完整实现了 AES-128 标准的全部四个变换：SubBytes（S-Box 替换）、ShiftRows（行移位）、MixColumns（列混合，使用 FFmul 伽罗瓦域乘法）、AddRoundKey（轮密钥加）。加密为 10 轮（第 10 轮省略 MixColumns），解密为逆序的 10 轮。

mermaid

flowchart TD
    subgraph Encrypt["加密流程"]
        E0["输入 16 字节"] --> E1["AddRoundKey(w[0])"]
        E1 --> E2["Round 1-9:<br/>SubBytes→ShiftRows→MixColumns→AddRoundKey"]
        E2 --> E3["Round 10:<br/>SubBytes→ShiftRows→AddRoundKey"]
        E3 --> E4["输出 16 字节"]
    end
    subgraph KeyExp["密钥扩展"]
        K0["128-bit Key"] --> K1["KeyExpansion → w[11][4][4]"]
    end
    K1 --> E1 & E2 & E3

KeyExpansion 使用 Rcon 常量数组 {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36} 迭代生成 11 轮轮密钥（每轮 4×4 字节）。

Cipher(void* input, int length) 重载支持多块加密：每次处理 16 字节，若 length=0 则以 \0 结尾的字符串自动计算长度。

OTX API 封装 `aes_cipher()`

aes_cipher() 将输入数据截断为最多 16 字节（ECB 单块），使用调用方提供的密钥构造 AES 对象并加密，返回固定 16 字节输出。

int aes_cipher(unsigned char* input, int inLen, unsigned char* key, unsigned char* outBuffer);
// 返回: 固定 16（成功）

FlashFileUtils 中的 AES-CBC

FlashFileUtils 使用 OpenSSL 的 AES_cbc_encrypt 实现 CBC 模式解密，共有三套密钥配置：

函数	密钥（16 字节）	IV（16 字节）	用途
`AES_DecryptRSAPrivateKey`	`0xAE,0x15,0x62,0x75,0x67,0xBC,0xA2,0x98,0x23,0x11,0xDC,0xF1,0xFA,0xAA,0xBC,0x54`	`debug0000000000`（hex）	解密 RSA 私钥文件
`AES_DecryptConfig`	`jiduautojiduauto`	全零 IV	解密配置文件
`AES_DecryptEx`	派生自 RSA 解密结果 `m_Key[0..15]`	`debug0000000000`（hex）	解密 VBF 刷写文件

其中 AES_DecryptEx 的密钥来自 RSA 解密后的前 16 字节，构成了 "RSA 解密 → 获取 AES 密钥 → AES-CBC 解密" 的双层保护链。

Sources: aes.h, aes.cpp, algorithm.cpp, FlashFileUtils.cpp

ECDSA 签名

ecdsa_signature() 为集度云端服务的请求提供身份认证签名。签名流程分三步：从 PEM 格式字符串读取 EC 私钥 → 对消息计算 SHA256 哈希 → 使用 ECDSA 签名并 Base64 编码。

mermaid

sequenceDiagram
    participant Client as JiduClient::callServer
    participant ECDSA as ecdsa_signature()
    participant OpenSSL as OpenSSL
    participant B64 as base64_encode

    Client->>ECDSA: msg=plainMsg, key=keyPem
    ECDSA->>OpenSSL: PEM_read_bio_ECPrivateKey(keyPem)
    OpenSSL-->>ECDSA: EC_KEY*
    ECDSA->>OpenSSL: SHA256(msg) → hash[32]
    ECDSA->>OpenSSL: ECDSA_sign(0, hash, 32, sig, &sig_len, ekey)
    OpenSSL-->>ECDSA: sig[128], sig_len
    ECDSA->>B64: base64_encode(sig, sig_len)
    B64-->>ECDSA: Base64 签名字符串
    ECDSA-->>Client: signature (Base64)

调用上下文（jidu_client.cpp）中，签名的明文消息由以下字段拼接而成：

plainMsg = inParams + url + method + serviceName + timestamp

五个字段分别对应：请求体 JSON、API 路径、HTTP 方法、服务名 "diagnostic-adapter-service"、Unix 秒级时间戳。签名输出经 Base64 编码后，以 "signature" 字段嵌入代理请求 JSON，随 serialNo（设备序列号）一同发往集度服务器进行身份验证。

Sources: algorithm.cpp, jidu_client.cpp

CRC16-IBM 校验

crc16_ibm() 实现 CRC-16-IBM（多项式 0x8005，即 x¹⁶ + x¹⁵ + x² + 1），采用位反转的处理方式：输入每个字节先做位反转，CRC 寄存器初始化为 0x0000，最终输出再做一次 16 位反转。

mermaid

flowchart LR
    subgraph PerByte["逐字节处理"]
        B["byte → InvertUint8"] --> XOR["CRC ^= (byte << 8)"]
        XOR --> Loop["8 次迭代"]
        Loop --> Check{"CRC & 0x8000 ?"}
        Check -->|Yes| S1["CRC = (CRC << 1) ^ 0x8005"]
        Check -->|No| S2["CRC = CRC << 1"]
        S1 --> Loop
        S2 --> Loop
    end
    Init["CRC = 0x0000"] --> PerByte
    PerByte --> Final["InvertUint16(CRC)"]
    Final --> Result["返回 CRC16 值"]

该函数在 sendCAData() 中被用于计算 CA 证书数据的完整性校验——对 2044 字节的数据计算 CRC16，将结果附在末尾，再加上头部（KeyId + 长度），最终封装为 2049 字节的诊断消息帧。

Sources: algorithm.cpp, algorithm.cpp

进制转换工具集（Radix Functions）

algorithm.h 提供了一组完整的进制转换函数，用于在 OTX 脚本中实现 Hex 字符串、ByteField（字节数组）、整数、十进制字符串之间的相互转换。

函数	输入 → 输出	关键特性
`radix_hex2Array`	Hex 字符串 → 字节数组	自动去除 `0x`/`0X` 前缀，奇数长度前补 `0`
`radix_array2Hex`	字节数组 → 大写 Hex 字符串	逐字节转换为两个 Hex 字符
`radix_array2Uint32`	大端字节数组 → uint32	支持不足 4 字节的左对齐解析
`radix_hex2Integer`	Hex 字符串 → 整数	调用 `MyStringUtils::toLong(src, radix)`
`radix_string2Integer`	任意进制字符串 → 整数	包装 `MyStringUtils::toLong`
`radix_int2ByteArray`	uint32 → 大端 4 字节数组	固定输出 4 字节
`radix_decimalStringToHex`	十进制字符串 → 大写 Hex 字符串	使用 `std::stoll` + `std::hex`
`appendBytefield`	两段字节数组拼接	直接 `memcpy` 拼接

所有 radix 函数均受 recursive_mutex 保护，且在缓冲区不足时返回 -1。

Sources: algorithm.cpp

SeedToKey 密钥计算

seedToKey() 实现诊断安全访问（Security Access）中的密钥计算。它接收 ECU 下发的随机种子（Seed）和掩码（Mask），拼接后送入 calcKey() 进行自定义算法计算，输出 3 字节密钥。

calcKey() 是一个基于 24 位状态寄存器和8 轮位迭代的确定性变换。其核心逻辑为：

初始化状态 v3 = 0xC541A9（24 位常量）
对输入的前 8 个字节，每个字节执行 8 次迭代：
- 若当前输入 bit 的 MSB 与状态寄存器 MSB 不同，则将状态寄存器第 24 位置 1 并引入修正值 0x109028
- 状态寄存器右移一位，与修正值做位与/位或混合操作
- 最终保留低 24 位
从最终状态中提取 3 字节作为密钥输出

步骤	说明
输入	`binSeed[seedLen]` + `binMask[maskLen]` 拼接
拼接总长度限制	< 1024 字节
输出格式	3 字节（大端序）
内部状态	24 位寄存器

Sources: algorithm.cpp

刷写文件解密流水线（FlashFileUtils）

FlashFileUtils 实现了刷写文件（VBF）和加密配置文件的解密流水线，是 RSA + AES-CBC 双层保护的完整实现。

mermaid

flowchart TD
    subgraph Stage1["第一层：RSA 解密"]
        K1["加密的 AES 密钥<br/>(Base64 字符串)"]
        K1 --> B64D["base64_decode"]
        B64D --> K1BIN["二进制密文"]
        K1BIN --> RSAD["RSA_private_decrypt<br/>(PKCS1_PADDING)"]
        RSAD --> AESKEY["AES 密钥 m_Key[1024]<br/>取前 16 字节"]
    end

    subgraph Stage2["第二层：AES-CBC 解密"]
        VBF["加密的 VBF 文件<br/>(跳过 0x40 头部)"]
        VBF --> AESD["AES_cbc_encrypt<br/>key=m_Key[0..15]<br/>iv=debug0000000000"]
        AESD --> PKCS7["DePKCS7Padding"]
        PKCS7 --> PLAIN["明文 VBF 数据"]
    end

    Stage1 --> Stage2

RSA 私钥文件本身也是加密存储的：先通过 AES_DecryptRSAPrivateKey（使用硬编码密钥）解密私钥文件，再将其解析为 RSA* 对象。InitRSA 方法接收 Base64 编码的加密 AES 密钥，经过 base64 解码 → RSA 私钥解密 → 得到明文 AES 密钥，存入 m_Key。

DecryptFlashFile 使用 m_Key 的前 16 字节作为 AES-128 密钥，配合固定 IV debug0000000000（hex），对跳过 0x40 字节头部的 VBF 文件执行 AES-CBC 解密，最后通过 DePKCS7Padding 去除填充。

Sources: FlashFileUtils.cpp, FlashFileUtils.h

其他辅助函数

ver_calc —— 版本号计算

根据 iType 参数支持 5 种版本号格式化模式：5 字节 BCD + 3 字节 ASCII（两种偏移）、纯 Hex、ASCII 码过滤（截断于 0x00/0xFF）、1 + N×13 分组 ASCII（逗号分隔）。输出经过字符白名单过滤（仅保留 0x2D-0x7A 和 0x20）。

sendCAData —— CA 证书数据封装

将 PKI 数据填充至 2044 字节（不足部分填 0xFF），计算 CRC16-IBM 校验和，附加 3 字节头部（KeyId + 大端长度），返回 2049 字节的诊断消息帧。

getUUID / pow_calc / utf8toGbk

getUUID：使用 sole::uuid4() 生成随机 UUID v4，去除连字符后输出 32 字符十六进制字符串
pow_calc：计算 base^exponent - 1 并转为十进制字符串
utf8toGbk：调用 MyStringUtils::UTF8ToGBK 进行字符编码转换

ext_printf / ext_strcmp / ext_strncmp / ext_replace

这四个函数是标准 C 库函数的线程安全包装：ext_printf 使用 vsnprintf + va_list 实现格式化输出；ext_replace 调用 MyStringUtils::replace 进行子串替换。

Sources: algorithm.cpp, algorithm.cpp

调用关系与数据流总结

mermaid

flowchart LR
    subgraph OTX_Runtime["OTX 运行时脚本"]
        S1["调用 base64_encode"]
        S2["调用 sha256"]
        S3["调用 aes_cipher"]
        S4["调用 des_cbc_pkcs5_encrypt"]
        S5["调用 radix_hex2Array"]
        S6["调用 seedToKey"]
    end

    subgraph JiduClient["JiduClient"]
        JC["ecdsa_signature<br/>签名请求消息"]
    end

    subgraph Flasher["刷写模块"]
        FL["InitRSA → DecryptFlashFile<br/>双层解密流水线"]
    end

    subgraph Core["algorithm.cpp 核心"]
        CORE["所有 OTX_API 函数"]
    end

    S1 & S2 & S3 & S4 & S5 & S6 --> CORE
    JC --> CORE
    FL -->|base64_decode| CORE
    FL -->|OpenSSL RSA/AES| FL

所有 extern "C" 导出的函数均使用全局 std::recursive_mutex 保证线程安全（可重入锁，避免同一线程内嵌套调用时的死锁）。AES 纯软件实现本身非线程安全（操作同一状态数组），但 aes_cipher() 在每次调用时构造局部 AES 对象，自然规避了竞争条件。

Sources: algorithm.h, algorithm.cpp

后续阅读建议

本文档覆盖了加密算法与编码工具的全部实现细节。建议按以下路径深入理解相关模块：

证书管理：了解 P12 证书解析与 OTA 安全常量获取，参见证书管理：P12 解析、OTA 证书与 ECU 级安全常量获取
SeedToKey 与 CRC16：诊断安全访问中的密钥计算与校验，参见 SeedToKey 与 CRC16：诊断安全访问的密钥计算
VBF 文件解析：理解加密刷写文件的完整解析流程，参见 VBF 文件解析器：VBFHeader、VBFBlock 与 RSA 签名验证
JiduClient 通信：了解 ECDSA 签名在 HTTPS 双向认证中的实际应用，参见 JiduClient：与集度服务器的 HTTPS 双向认证通信客户端

模块架构总览 ​

Base64 编解码 ​

SHA256 哈希 ​

DES-CBC 加密与解密（PKCS5 填充） ​

加密过程 ​

解密过程 ​

AES 加密——纯软件实现与 OpenSSL 封装双轨 ​

AES 纯软件实现（aes.cpp） ​

OTX API 封装 aes_cipher() ​

FlashFileUtils 中的 AES-CBC ​

ECDSA 签名 ​

CRC16-IBM 校验 ​

进制转换工具集（Radix Functions） ​

SeedToKey 密钥计算 ​

刷写文件解密流水线（FlashFileUtils） ​

其他辅助函数 ​

ver_calc —— 版本号计算 ​

sendCAData —— CA 证书数据封装 ​

getUUID / pow_calc / utf8toGbk ​

ext_printf / ext_strcmp / ext_strncmp / ext_replace ​

调用关系与数据流总结 ​

后续阅读建议 ​

模块架构总览

Base64 编解码

SHA256 哈希

DES-CBC 加密与解密（PKCS5 填充）

加密过程

解密过程

AES 加密——纯软件实现与 OpenSSL 封装双轨

AES 纯软件实现（aes.cpp）

OTX API 封装 `aes_cipher()`

FlashFileUtils 中的 AES-CBC

ECDSA 签名

CRC16-IBM 校验

进制转换工具集（Radix Functions）

SeedToKey 密钥计算

刷写文件解密流水线（FlashFileUtils）

其他辅助函数

ver_calc —— 版本号计算

sendCAData —— CA 证书数据封装

getUUID / pow_calc / utf8toGbk

ext_printf / ext_strcmp / ext_strncmp / ext_replace

调用关系与数据流总结

后续阅读建议