готовые работают медленно...
Значит и самоделки будут работать медленно. AES это битовые операции, немного математики и блок подстановки. Особо нечего оптимизировать. Скорее всего у тебя питон там корявый, или частота пара герц, или набор инструкций две с половиной команды, либо что-то тормозит выполнение твоего скрипта. Как вариант можно реализовать алгоритм на каком-нибудь другом контроллере(atmega, например), и общаться с ним(по тому же uart'у).