Enkripsi Data Antara ESP32 Dan Windows

Mikrokontroler ESP32 dapat berkirim data melalui jaringan dengan komputer lain. Untuk menjaga kerahasiaan data yang dikirim tersebut, maka perlu dilakukan enkripsi  data yang dikirim. Pada tulisan ringkas ini akan ditinjau library enkripsi data yang kompatibel antara ESP32 dan Windows, sehingga memungkinkan pertukaran data dengan enkripsi antara keduanya.

Contoh enkripsi data dengan AES-128 dapat diikuti di artikel berikut ini: https://everythingesp.com/esp32-arduino-tutorial-encryption-aes128-in-ecb-mode/

Enkripsi pada contoh tersebut sangat sederhana:

• menggunakan AES-128 dengan mode ECB (Electronic Codebook). Seperti diketahui, mode ECB ini punya banyak kelemahan, sehingga kalau mau lebih profesional kita mesti menggunakan mode lain seperti CBC (Cipher Block Chaining).
• ukuran data harus kelipatan 16 byte. Jika ukuran data lebih dari 16 byte, maka fungsi mesti dipanggil berulangkali, dan kalau ukuran data bukan kelipatan 16, perlu dilakukan padding (pengisian) supaya menjadi kelipatan 16.

Selanjutnya bagaimana supaya data yang dienkripsi di ESP32 dapat dibaca di Windows? Untuk itu perlu diinstall library yang sama / kompatibel di Windows. Untuk mudahnya, pada contoh ini akan digunakan library yang sama supaya tidak perlu mengubah source code.

Library yang dipakai pada ESP32 tersebut adalah Mbed TLS (https://tls.mbed.org/) . Library Mbed TLS tersedia dalam bentuk source code, jadi dapat juga dicompile sendiri untuk platform lain. Untuk Windows, sudah ada library yang sudah dicompile, jadi tinggal diinstall saja. Versi yang tersedia untuk compiler GNU based (Cygwin, MinGW) dan Visual Studio.

Pada contoh berikut ini akan dipakai IDE Netbeans 8.2 dengan compiler Cygwin. Netbeans terbaru adalah versi 11, namun Netbeans yang sudah support C/C++ baru sampai versi 8.2, jadi versi 11 belum mendukung bahasa C / C++.

Library perlu diinstall dari program Setup dari Cygwin. Jalankan program instalasi Cygwin (setup-x86_64.exe), kemudian masuk ke menu pemilihan packages. Pilih View “Full”, dan Search di “mbedtls”. Pilih untuk install library mbedtls dan mbedtls-devel.

Nama library untuk Mbed TLS adalah libmbedcrypto. Selanjutnya tambahkan library tersebut di setting project dari Netbeans

Berikut ini tampilan library di Netbeans. Lokasi library tersebut adalah di C:/cygwin64/lib/libmbedcrypto.dll.a

Setelah itu melakukan porting dari program AES-128 di ESP32 ke Netbeans. Hasilnya dapat dilihat di tautan berikut:  https://github.com/waskita/embedded/blob/master/win-crypto/main.c

Berikut ini source code program hasil porting:

/*
* enkripsi data dengan AES-CBC
* modifikasi dari https://everythingesp.com/esp32-arduino-tutorial-encryption-aes128-in-ecb-mode/
* menggunakan library mbedtls dari cygwin
*/
#include "mbedtls/aes.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"

void encrypt(char * plainText, char * key, unsigned char * outputBuffer) {

mbedtls_aes_context aes;

mbedtls_aes_init(&aes);
mbedtls_aes_setkey_enc(&aes, (const unsigned char*) key, strlen(key) * 8);
mbedtls_aes_crypt_ecb(&aes, MBEDTLS_AES_ENCRYPT, (const unsigned char*) plainText, outputBuffer);
mbedtls_aes_free(&aes);
}

void decrypt(unsigned char * chipherText, char * key, unsigned char * outputBuffer) {

mbedtls_aes_context aes;

mbedtls_aes_init(&aes);
mbedtls_aes_setkey_dec(&aes, (const unsigned char*) key, strlen(key) * 8);
mbedtls_aes_crypt_ecb(&aes, MBEDTLS_AES_DECRYPT, (const unsigned char*) chipherText, outputBuffer);
mbedtls_aes_free(&aes);
}

int main(void) {
char * key = "abcdefghijklmnop";

char *plainText = "Tech tutorials x";
unsigned char cipherTextOutput[16];
unsigned char decipheredTextOutput[16];

encrypt(plainText, key, cipherTextOutput);
decrypt(cipherTextOutput, key, decipheredTextOutput);

printf("Original plain text: %s\n", plainText);

printf("Ciphered text:\n");
for (int i = 0; i < 16; i++) {

char str[3];

sprintf(str, "%02x", (int) cipherTextOutput[i]);
printf("%s", str);
}

printf("\n\nDeciphered text:\n");
for (int i = 0; i < 16; i++) {
printf("%c", (char) decipheredTextOutput[i]);
//printf("%c", (char) decipheredTextOutput[i]);
}
return 0;
}

Perubahan yang dilakukan:

• memindahkan isi setup() di Arduino ke main() di Netbeans
• menambahkan header file stdio.h dan string.h
• mengganti Serial.print() dengan printf()

Dari hasil di atas, nampak bahwa ciphered text adalah identik, dan keduanya dapat melakukan proses dekripsi. Jadi dapat disimpulkan kedua program tersebut mempunyai fungsi yang sama, jadi data yang dienkripsi di ESP32 dapat dibaca di Windows dan sebaliknya.

Tahap selanjutnya adalah menambahkan proses komunikasi data dengan menggunakan UDP/TCP di ESP32 dan Windows, namun hal itu akan menjadi tulisan lain lagi.

Referensi

• Instalasi library mbedtls di Windows
• Arduino Tutorial: Encryption AES128 in ECB Mode