MbedTLS RAM 和 ROM 资源占用优化指南

mbedtls 软件包采用了模块化的设计，可以使用 config.h 文件来进行功能模块的配置选择。

mbedtls 默认提供的 config.h 文件是一个通用的、全功能的配置，占用了非常大的 RAM 和 ROM 空间，但是保证了 SSL 握手和通讯的建立速度、稳定性、协议兼容性以及数据传输效率。但嵌入式设备受限于其有限的 RAM 和 ROM 空间，我们不得不牺牲速度来节省 RAM 空间，裁剪不需要的功能模块来降低 ROM 占用。

本优化指南，在保证 SSL/TLS 客户端能与服务器建立安全稳定连接的前提下，对 RAM 和 ROM 占用进行优化统计。

注意：

mbedtls 客户端的优化属于针对性优化，针对特定的 SSL/TLS 服务器进行的优化，不同的 SSL/TLS 服务器配置不同，优化所用到的配置参数也是不同的。

因此，开发者在进行 SSL/TLS 优化前，在 MCU 资源条件允许的情况下，请先使用默认的配置调通 SSL/TLS 握手连接和加密通讯，然后再根据 SSL/TLS 服务器具体的配置进行逐项优化。

当然，多数情况下您并不知道服务器的具体参数配置，因此也只能试探性优化，本文给出了各个配置的说明，来方便开发者进行针对性的优化。

优化说明

• RAM 资源占用统计说明

首先保证 SSL 握手连接正常，加密数据通讯正常。运行 tls_test 测试例程，进行 RAM 优化测试。测试例程在单独的线程中运行，通过对比 SSL 握手成功前后所占用的内存来确定在握手通讯过程所使用的 RAM 情况。该测试方法只能粗略估计 SSL 客户端成功进行握手连接所需要的 RAM 大小，该数据包含了保证握手通讯所需要的额外的 RAM 空间。

• ROM 资源占用统计说明

通过对比启动 mbedtls 功能组件前后参与链接的文件来统计 mbedtls 所占用 ROM 大小。

• 测试平台： iMXRT1052

• 测试 IDE： MDK5

• 优化级别： o2
• 测试例程： samples/tls_app_test.c
• 测试使用的 SSL 服务器： www.rt-thread.org
• 测试服务器根证书签名算法： sha1RSA
• 测试服务器根证书签名哈希算法： sha1
• 测试服务器根证书公钥： RSA 2048 bits
• 测试服务器根证书指纹算法： sha1
• SSL 客户端指定密码套件

#define MBEDTLS_SSL_CIPHERSUITES                        \
    MBEDTLS_TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA256

• SSL 客户端指定帧大小为 #define MBEDTLS_SSL_MAX_CONTENT_LEN 3584

• 测试使用的配置（详见文末）

  优化后的资源占用汇总

• 默认的 tls_config.h 配置资源占用情况

mbedtls 默认的配置文件为 mbedtls/include/mbedtls/config.h，而 RT-Thread 使用的配置文件为 ports/inc/tls_config.h。用户进行配置优化的时候也是使用的 ports/inc/tls_config.h 文件。

RO(CODE + RO)       : 159828 bytes（156.08K）
RW(RW + ZI)         :    720 bytes
ROM(CODE + RO + RW) : 159972 bytes（156.22K）
动态内存使用         :  26849 bytes（26.22K）（包含 1K 的测试 buffer）

• 优化后的配置资源占用情况

RO(CODE + RO)       : 71893 bytes（70.21K）
RW(RW + ZI)         :    82 bytes
ROM(CODE + RO + RW) : 71975 bytes（70.29K）
动态内存使用         : 23344 bytes（22.79K）（包含 1K 的测试 buffer）

优化前的准备

• 首先你要有准备接入的 SSL 服务器（保证能正常工作）
• 准备好接入 SSL 服务器的 PEM 格式根证书文件（存放到 mbedtls 软件包 certs 目录下，删除其他不需要的证书）
• 使用默认的 mbedtls 配置文件成功接通 SSL 服务器（优化后更难定位失败原因）
• 逐项优化 mbedtls 配置，反复测试
  注意：

如果您的 MCU 资源比较小，无法使用默认的 tls_config.h 配置文件，开发者可以选择使用 QEMU 虚拟机进行开发调试以及 mbedtls 优化。将 mbedtls 资源占用优化到合适的时候，再使用您需要的 MCU 进行验证测试。

优化配置概述

常用优化配置

通过对下面列表中的配置进行修改，可以很大程度上降低 mbedtls RAM 和 ROM 的占用。

开发者在进行优化时，建议优先对下面列表中的配置进行优化，如果不能满足要求，再针对其他的配置进行逐项的优化。

系统相关配置

这部分配置跟具体的系统和编译器相关，下表列出了在 RT-Thread 上需要做的配置。

功能组件相关配置

用户可以根据要接入的 SSL/TLS 服务器特性以及根证书使用的签名算法来选择启用哪部分的功能。启用或禁用功能组件时请注意将相关的依赖打开或禁用。

密码套件相关配置

mbedtls 中密码套件命名形式为 MBEDTLS_TLS_PSK_WITH_AES_256_GCM_SHA384。

mbedtls 在数组 static const int ciphersuite_preference[] 中定义了所有支持的密码套件，如果开启支持所有的密码套件将会占用非常大的 ROM 空间。这里建议用户通过 MBEDTLS_SSL_CIPHERSUITES 宏来指定客户端与服务器使用具体哪种加密套件。指定加密套件后，将不需要的加密套件和依赖的功能组件全部禁用，同时禁用不需要的椭圆曲线，来最大程度上节省 ROM 空间。

椭圆曲线相关配置

用户成功选择了匹配的加密套件，并验证可以正常建立握手连接和加密通讯后，可以尝试将加密套件不需要的椭圆曲线禁用。

TLS 版本选择相关配置

通常 SSL/TLS 服务器支持多种 TLS 协议版本，客户端则不需要支持所有的协议版本。因此在确定服务器支持的 TLS 协议版本后，可以禁用其他版本的协议。

DTLS 相关配置

DTLS 是基于 UDP 的安全加密连接，目的是保障 UDP 通讯的数据安全。由于 UDP 本身不支持自动重传，且存在丢包问题，所以在进行握手连接的时候与 TLS 有些许不同，但两者重复了大部分的代码。因此可以通过下表中的配置来优化 DTLS 加密连接。

如果用户的系统中，不需要使用 DTLS，则可以将下表中的所有配置禁用。

参考

• mbedTLS 官方网站：https://tls.mbed.org/
• 测试时用的配置文件

/* tls_config.h*/
#ifndef MBEDTLS_CONFIG_H
#define MBEDTLS_CONFIG_H
 
#include <rtthread.h>
 
#if defined(_MSC_VER) && !defined(_CRT_SECURE_NO_DEPRECATE)
#define _CRT_SECURE_NO_DEPRECATE 1
#endif
 
#define MBEDTLS_HAVE_ASM
#define MBEDTLS_HAVE_TIME
#define MBEDTLS_ASN1_PARSE_C
#define MBEDTLS_ASN1_WRITE_C
#define MBEDTLS_BIGNUM_C
#define MBEDTLS_CIPHER_C
#define MBEDTLS_AES_C
#define MBEDTLS_CTR_DRBG_C
// #define MBEDTLS_ECDH_C
// #define MBEDTLS_ECDSA_C
#define MBEDTLS_ECP_C
// #define MBEDTLS_GCM_C
#define MBEDTLS_MD_C
// #define MBEDTLS_NET_C
#define MBEDTLS_OID_C
#define MBEDTLS_PK_C
#define MBEDTLS_PK_PARSE_C
#define MBEDTLS_SHA256_C
// #define MBEDTLS_SHA512_C
#define MBEDTLS_SSL_CLI_C
// #define MBEDTLS_SSL_SRV_C
#define MBEDTLS_SSL_TLS_C
#define MBEDTLS_X509_CRT_PARSE_C
#define MBEDTLS_X509_USE_C
#define MBEDTLS_BASE64_C
// #define MBEDTLS_CERTS_C
#define MBEDTLS_PEM_PARSE_C
#define MBEDTLS_AES_ROM_TABLES
#define MBEDTLS_MPI_MAX_SIZE         384
#define MBEDTLS_MPI_WINDOW_SIZE        2
#define MBEDTLS_ECP_MAX_BITS         384
#define MBEDTLS_ECP_WINDOW_SIZE        2
#define MBEDTLS_ECP_FIXED_POINT_OPTIM  0
#define MBEDTLS_ECP_NIST_OPTIM
#define MBEDTLS_ENTROPY_MAX_SOURCES 2
#define MBEDTLS_SSL_CIPHERSUITES                        \
    MBEDTLS_TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA256
 
// #define MBEDTLS_SSL_MAX_CONTENT_LEN             3584
#define MBEDTLS_NO_PLATFORM_ENTROPY
// #define MBEDTLS_TLS_DEFAULT_ALLOW_SHA1_IN_KEY_EXCHANGE
#define MBEDTLS_RSA_C
#define MBEDTLS_SHA1_C
#define MBEDTLS_TIMING_C
#define MBEDTLS_ENTROPY_HARDWARE_ALT
#define MBEDTLS_TIMING_ALT
// #define MBEDTLS_DEBUG_C
#define MBEDTLS_MD5_C
// #define MBEDTLS_HAVE_TIME_DATE
#define MBEDTLS_CIPHER_MODE_CBC
// #define MBEDTLS_CIPHER_MODE_CFB
// #define MBEDTLS_CIPHER_MODE_CTR
// #define MBEDTLS_CIPHER_PADDING_PKCS7
// #define MBEDTLS_CIPHER_PADDING_ONE_AND_ZEROS
// #define MBEDTLS_CIPHER_PADDING_ZEROS_AND_LEN
// #define MBEDTLS_CIPHER_PADDING_ZEROS
#define MBEDTLS_REMOVE_ARC4_CIPHERSUITES
// #define MBEDTLS_ECP_DP_SECP192R1_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECP_DP_SECP224R1_ENABLED
#define MBEDTLS_ECP_DP_SECP256R1_ENABLED
#define MBEDTLS_ECP_DP_SECP384R1_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECP_DP_SECP521R1_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECP_DP_SECP192K1_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECP_DP_SECP224K1_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECP_DP_SECP256K1_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECP_DP_BP256R1_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECP_DP_BP384R1_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECP_DP_BP512R1_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECP_DP_CURVE25519_ENABLED
// #define MBEDTLS_ECDSA_DETERMINISTIC
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDH_RSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDHE_RSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDHE_ECDSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDH_ECDSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_DHE_RSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_PSK_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_DHE_PSK_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDHE_PSK_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_RSA_PSK_ENABLED
#define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_RSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_PK_PARSE_EC_EXTENDED
// #define MBEDTLS_ERROR_STRERROR_DUMMY
// #define MBEDTLS_GENPRIME
// #define MBEDTLS_FS_IO
// #define MBEDTLS_PK_RSA_ALT_SUPPORT
// #define MBEDTLS_PKCS12_C
#define MBEDTLS_PKCS1_V15
// #define MBEDTLS_PKCS1_V21
// #define MBEDTLS_SELF_TEST
// #define MBEDTLS_SSL_ALL_ALERT_MESSAGES
// #define MBEDTLS_SSL_ENCRYPT_THEN_MAC
// #define MBEDTLS_SSL_EXTENDED_MASTER_SECRET
// #define MBEDTLS_SSL_FALLBACK_SCSV
// #define MBEDTLS_SSL_CBC_RECORD_SPLITTING
// #define MBEDTLS_SSL_RENEGOTIATION
// #define MBEDTLS_SSL_MAX_FRAGMENT_LENGTH
// #define MBEDTLS_SSL_PROTO_TLS1
// #define MBEDTLS_SSL_PROTO_TLS1_1
#define MBEDTLS_SSL_PROTO_TLS1_2
// #define MBEDTLS_SSL_ALPN
// #define MBEDTLS_SSL_PROTO_DTLS
// #define MBEDTLS_SSL_DTLS_ANTI_REPLAY
// #define MBEDTLS_SSL_DTLS_HELLO_VERIFY
// #define MBEDTLS_SSL_DTLS_CLIENT_PORT_REUSE
// #define MBEDTLS_SSL_DTLS_BADMAC_LIMIT
// #define MBEDTLS_SSL_SESSION_TICKETS
// #define MBEDTLS_SSL_EXPORT_KEYS
// #define MBEDTLS_SSL_SERVER_NAME_INDICATION
// #define MBEDTLS_SSL_TRUNCATED_HMAC
// #define MBEDTLS_VERSION_FEATURES
// #define MBEDTLS_X509_CHECK_KEY_USAGE
// #define MBEDTLS_X509_CHECK_EXTENDED_KEY_USAGE
// #define MBEDTLS_X509_RSASSA_PSS_SUPPORT
// #define MBEDTLS_AESNI_C
// #define MBEDTLS_ARC4_C
// #define MBEDTLS_BLOWFISH_C
// #define MBEDTLS_CAMELLIA_C
// #define MBEDTLS_CCM_C
// #define MBEDTLS_DES_C
// #define MBEDTLS_DHM_C
#define MBEDTLS_ENTROPY_C
// #define MBEDTLS_ERROR_C
// #define MBEDTLS_HMAC_DRBG_C
// #define MBEDTLS_PADLOCK_C
// #define MBEDTLS_PEM_WRITE_C
// #define MBEDTLS_PK_WRITE_C
// #define MBEDTLS_PKCS5_C
#define MBEDTLS_PLATFORM_C
// #define MBEDTLS_RIPEMD160_C
// #define MBEDTLS_SSL_CACHE_C
// #define MBEDTLS_SSL_COOKIE_C
// #define MBEDTLS_SSL_TICKET_C
// #define MBEDTLS_VERSION_C   
// #define MBEDTLS_X509_CRL_PARSE_C
// #define MBEDTLS_X509_CSR_PARSE_C
// #define MBEDTLS_X509_CREATE_C
// #define MBEDTLS_X509_CRT_WRITE_C   
// #define MBEDTLS_X509_CSR_WRITE_C   
// #define MBEDTLS_XTEA_C
 
#if defined(YOTTA_CFG_MBEDTLS_USER_CONFIG_FILE)
#include YOTTA_CFG_MBEDTLS_USER_CONFIG_FILE
#elif defined(MBEDTLS_USER_CONFIG_FILE)
#include MBEDTLS_USER_CONFIG_FILE
#endif
 
#include "mbedtls/check_config.h"
 
#define tls_malloc  rt_malloc
#define tls_free    rt_free
#define tls_realloc rt_realloc
#define tls_calloc  rt_calloc
 
#endif /* MBEDTLS_CONFIG_H */

原文: https://www.rt-thread.org/document/site/submodules/mbedtls/docs/footprint-optimization-guide/