Lua LuatOS Crypto 全接口速查：哈希、对称加密、CRC 与随机安全一次性掌握

关键词：LuatOS、crypto API、哈希函数、对称加密、CRC 校验、TOTP、Base64、TRNG

LuatOS 为物联网开发者提供了一套开箱即用的安全算法库 crypto。本文以实际场景为线索，梳理全部 30 余个函数，配以简洁示例与常见问题 FAQ，确保你在 10 分钟内即可上手加密、解密与数据完整性校验的所有主流需求。

1. 哈希函数：MD5 / SHA1 / SHA256 / SHA512

单向摘要场景

校验固件完整性
密码安全措施（加盐后不可逆）
快速指纹文件比对

代码示例

-- MD5 简单摘要
local digest = crypto.md5("hello")                 -- 输出 32 位十六进制字符串
print("MD5", digest)

-- SHA256 + HMAC（带密钥的哈希）
local hmac256 = crypto.hmac_sha256("hello", "key123")
print("HMAC-SHA256", hmac256)

文件级哈希

无需加载整个文件即可计算，节省内存：

-- 固件 SHA256 验证
local fw_hash = crypto.md_file("SHA256", "/luadb/firmware.bin")
if fw_hash ~= expected_hash then
  log.error("固件完整性校验失败")
end

2. 对称加密：AES ECB / CBC 全模式

参数	说明
type	如 `"AES-128-CBC"` 可用 `crypto.cipher_list()` 查询
padding	推荐 `"PKCS7"`，其他选项见官方文档
str	明文或密文字节串
key	长度须匹配算法（128/192/256 bit）
iv	非 ECB 模式必填

端到端加密实例

local function aes_encrypt(plainText)
  local key = "1234567890ABCDEF"
  local iv  = "0000111122223333"
  return crypto.cipher_encrypt("AES-128-CBC", "PKCS7", plainText, key, iv)
end

local cipher = aes_encrypt("sensorData=23.5")
print("密文", cipher)

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3. 校验码 & CRC：物联网通信的护身符

场景速配

CRC16 Modbus：标准传感器协议
CRC32：ZIP、固件差分更新包
CRC8 / CRC7：I²C、SD 卡指令

一行式调用

local frame = "\x02\x04\x00\x01\x00\x02"
local crc = crypto.crc16_modbus(frame)
-- 自动附带高低字节顺序

4. Base64：非文本数据的 HTTP 或 MQTT 传输

local json = '{"temp":27.3,"hum":60}'
local b64  = crypto.base64_encode(json)
mqtt_client:publish("device/data", b64)

解码仅需 crypto.base64_decode(b64)，兼容老版本 string.toBase64。

5. HOTP / TOTP：两步验证秒集成

实现两类动态口令：

crypto.totp(secret, time) —— 同步时钟派生 6 位代码
crypto.hotp(secret, counter) —— 事件驱动 OTP（LuaTRNG 配合）

-- Google Authenticator 格式
local otp = crypto.totp("JBSWY3DPEHPK3PXP")
print("动态口令：", otp)

6. 真随机数 TRNG：密钥、令牌一秒生成

-- 32 字节（256-bit）随机密钥
local key = crypto.trng(32)
print("一次性密钥", crypto.base64_encode(key))

7. 流式哈希：分片计算大文件

避免一次性加载百兆文件到内存。

local stream = crypto.hash_init("SHA256")

while true do
  local chunk = file.read(4096)
  if not chunk then break end
  crypto.hash_update(stream, chunk)
end

local file_sha = crypto.hash_finish(stream)
print("文件 SHA256", file_sha)

8. 快速查询：`crypto.cipher_list()` 与 `crypto.cipher_suites()`

日常排查：

local supported = crypto.cipher_list()
for _, name in ipairs(supported) do
  print("支持算法", name)
end

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常见问题 FAQ

Q1：AES key 长度写错直接死机？
A：确保长度与算法匹配。AES-128=16 Byte，AES-192=24 Byte，AES-256=32 Byte。可以用 string.len(key) 先自检。

Q2：CRC16 结果为何与在线工具不一致？
A：CRC 初始值、多项式、反转位三项需一致。crypto.crc16("MODBUS", data) 已配好官方参数。

Q3：Base64 太长担心内存？
A：LuatOS 使用分段内存，1 MB 之内无需担心。过万字节时对 LED 屏打卡展示也无压力。

Q4：TOTP 时间窗口漂移怎么办？
A：传入 crypto.totp(secret, os.time() ± 30) 允许 ±1 窗口。固件内置 NTP 校时后基本不会漂移。

Q5：如何验证固件升级后 crypto 模块仍存在？
A：测试行 assert(crypto.md5("abc") == "900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72")，打印成功即可继续升级。

Q6：流式哈希可以中途加 salt 吗？
A：不能。需在 hash_init 里一次性带入 HMAC。若需动态加盐，请重新创建新流对象。

小结

固件安全 = 摘要 + 加密 + 校验
通信安全 = 对称加密 + CRC + Base64
身份安全 = TOTP + TRNG

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