高级加密标准AES的过程分析及其破解思考
Advanced Encryption Standard AES process analysis and to crack
the of thinking
Du Chang Yu
(Guizhou University for Nationalities Maths and Computer Science College,Guiyang ,550025) Abstract: This article, the current relatively safe to use Advanced Encryption Standard AES conducted a more detailed process analysis, Aim is to let more people understand the AES, And hope this can find ways to crack the AES。This article consists of two parts：First, AES analysis of the realization of the process。Including 1, encryption processing; 2, AES key scheduling。Second, AES thinking of crack。On the current methods commonly used to break the appropriate description，And proposed some ideas supply the reference。
Key words: Encryption Standard，process analysis，Key, crack
高级加密标准AES的过程分析及其破解思考
杜昌钰
（贵州民族学院数学与计算机科学学院，贵阳，550025）
摘要：本文针对目前使用比较安全的高级加密标准AES进行了比较详细的过程分析，目的是能让更多的人理解AES，并希望由此能找到破解AES的方法。本文由两部分组成：一、AES 的实现过程分析。包括1、加密处理；2、AES密钥调度。二、AES的破解思考。对目前常用的破解方法进行了适当说明，并提出了一些想法供参考。
关键词：加密标准，过程分析，密钥，破解
中图分类号：TP309.7 文献标识码：A
一、AES的实现过程分析
Rijndael使用的是置换-组合架构，而非Feistel架构。AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。AES 算法是基于置换和代替的，置换是数据的重新排列，而代替是用一个单元数据替换另一个。AES 使用了几种不同的技术来实现置换和替换。AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和 256 位密钥，并且用 128 位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。[1]
对AES算法按加密处理和密钥调度两个方面进行分析：
1、加密处理
加密处理过程：
加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤：[2]
1）、SubBytes —透过一个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
2）、ShiftRows —将矩阵中的每个横列进行循环式移位。
3）、MixColumns —为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每行内的四个字节。
4）、AddRoundKey —矩阵中的每一个字节都与该次循环的子密钥（round key）做XOR 运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
最后一个加密循环中省略MixColumns步骤，而以另一个AddRoundKey取代。
SubBytes 步骤
在SubBytes步骤中，
矩阵中各字节被固定
的8位查找表中对应
的特定字节所替换,
S; b ij = S(a ij).如图所示：
ShiftRows 步骤
在ShiftRows 步骤中,矩阵中每一列的
各个字节循环向左方位移。位移量则随
着行数递增而递增。在ShiftRows 步骤
中,矩阵中每一列的各个字节循环向左方位移。位移量则随着行数递增而递增。
MixColumns 步驟
在 MixColumns 步骤中，每个直行都在
modulo x4 + 1之下，和一个固定多项式
c(x) 作乘法。
AddRoundKey 步骤
AddRoundKey步骤，子密钥将会与原矩阵合并。
在每次的加密循环中，都会由主密钥产生一把
子密钥（透过Rijndael密钥生成方案产生），
这把子密钥大小会跟原矩阵一样，以与原矩阵中每个对应的字节作异或（⊕）加法。
类推继续，完成10轮循环：
2、AES密钥调度
密钥调度包括两个部分：密钥扩展和轮密钥选取。
密钥bit的总数＝分组长度×（轮数Round＋1）例如当分组长度为128bits和轮数Round 为10时，轮密钥长度为128×(10＋1)＝1408bits。
1）、将密码密钥扩展成一个扩展密钥。
类推，经过10轮计算，得到如下轮密钥调度表：
2）、从扩展密钥中取出轮密钥：第一个轮密钥由扩展密钥的第一个Nb个4字节字，第二个圈密钥由接下来的Nb个4字节字组成，以此类推。
二、AES的破解思考
AES 的安全性怎样呢？这是一个很难回答的问题，但是一般多数人的意见是：它是目前可获得的最安全的加密算法。AES与目前使用广泛的加密算法─DES算法的差別在于，如果一秒可以解DES，则仍需要花費1490000亿年才可破解AES，由此可知AES的安全性。AES 已被列为比任何现今其它加密算法更安全的一种算法。目前针对AES的破解思考主要有以下几个方面：[3]
1、暴力破解。如果不针对所有可能的256位密钥使用强力搜索，任何已知的密码分析学攻击都无法对AES密码进行解密，就这一点来说，用AES加密的数据是牢不可破的。如SONY 的PSP和WINRAR采用AES128位数据加密,一台128颗POWER处理器的巨型计算器破解128BIT 的AES需要225年。要破解AES加密过的数据，需要当今最强大的计算机计算1010年时间。如果密钥长度为 256 位，还没有已知的攻击可以在一个可接受的时间内破解 AES。
2、时间选择攻击。针对 AES 密码最可能成功的攻击来自一个允许时间选择攻击的弱实现。攻击者用不同的密钥并精确地测量出加密例程所需的时间。如果加密例程被粗心编码，因此执行时间便依赖于密钥值，它就有可能推导出有关密钥的信息。在 AES 中，这种事情最可能发生在 MixColumns 例程中，因为有域乘。针对这种攻击的两个安全措施是加入虚指令，以便所以所有乘法都需要相同数量的指令，或者将域乘实现为一个查询表。
3、旁道攻击。针对AES唯一的成功攻击是旁道攻击。旁道攻击不攻击密码本身，而是攻击那些实作于不安全系统（会在不经意间泄漏资讯，如Cache等）上的加密系统。
4、数学结构攻击：不像其他区块加密系统，AES具有相当井然有序的代数结构。虽然相关的代数攻击尚未出现，但有许多学者认为，把安全性建立于未经透彻研究过的结构上是有风险的。
5、能量攻击法：与软件加密相比,硬件加密具有运行速度更快,保密性更强的优点,所以硬件加密设备已在通信、金融和信息安全等领域中得到广泛的应用。但是硬件加密设备运行时必须消耗能量,整个能量消耗过程可以通过电流或电压的变化反映出来。这种能量消耗包含了设备当前正在处理的数据的信息,而这些数据又与加密密钥有关,所以攻击者可以通过测量并分析能量消耗数据破解密钥,突破硬件加密系统,这种攻击被称为能量分析攻击,它是一种强有力的密码分析新方法。如边频攻击：通过观测电路中的物理量如能量耗散、电磁辐射和执行时间的变化规律,攻击者能够分析系统中的加密数据或者干扰系统的加密行为,这即是边频攻击(Side-channel Attacks)。PA攻击是目前应用最为广泛的,成本较低的一种。
6、基于AES对称性的攻击方法：该思想利用了AES的对称性,并在此基础上把逆序Square 攻击扩展到7轮,同时提出逆序碰撞攻击的概念,并以此对7轮AES进行分析.结果表明该方法的效率是相当高的,其复杂度大约是2,需选择2组密文。但对7轮以后的攻击结果不明。
7、由于目前AES技术上是“安全的”，可以考虑从远程侵入想要攻击的对象，以获取相应的明码或密钥，或在其网络传输过程中进行窃获。如不能得到其数据，可考虑在传输过程中想办法破坏其数据，也可达到一定的目的，或许更实用。
三、结束语
AES算法作为DES算法和MD5算法的替代产品，10轮循环到目前为止还没有被破解。作为一种安全产品有其生命周期，如何加快对AES算法的破解速度，可以从其数学原理进行推导，这需要高速计算机作为支撑；另外，也可以从其加密源头、密钥保护以及传输过程方面想办法。在加密和破解的博弈过程中，科学技术得到相应的发展，社会也因此加快了进步的步伐。
参考文献：
[1] Daemen J, Rijmen V.谷大武,徐胜波译.高级加密标准(AES)算法――Rijndael的设计[M].北京: 清华大学出版社, 2003
[2] (美) Behrouz A.Forouzan，马振晗贾军保译. 密码学与网络安全[M] . 北京：清华大学出版社， 2009年
[3] (美) William Stallings.杨明胥光辉齐望东等译.密码编码学与网络安全:原理与实践[M] . 北京:电子工业出版社 2001年
作者简介：杜昌钰， 1967年，男，副教授，主要研究方向：信息安全计算机应用 CCF高级会员卡号:E20-0008279S，E-mail：dcy.999@https://www.360docs.net/doc/4d6435230.html, rep_demon@https://www.360docs.net/doc/4d6435230.html,.
通讯地址：贵州民族学院数学与计算机科学学院，杜昌钰（收），邮编：550025
数据加密方案
数据加密方案
一、什么是数据加密 1、数据加密的定义 数据加密又称密码学，它是一门历史悠久的技术，指通过加密算法和加密密钥将明文转变为密文，而解密则是通过解密算法和解密密钥将密文恢复为明文。数据加密目前仍是计算机系统对信息进行保护的一种最可靠的办法。它利用密码技术对信息进行加密，实现信息隐蔽，从而起到保护信息的安全的作用。 2、加密方式分类 数据加密技术要求只有在指定的用户或网络下，才能解除密码而获得原来的数据，这就需要给数据发送方和接受方以一些特殊的信息用于加解密，这就是所谓的密钥。其密钥的值是从大量的随机数中选取的。按加密算法分为对称密钥和非对称密钥两种。 对称密钥：加密和解密时使用同一个密钥，即同一个算法。如DES和MIT的Kerberos算法。单密钥是最简单方式，通信双方必须交换彼此密钥，当需给对方发信息时，用自己的加密密钥进行加密，而在接收方收到数据后，用对方所给的密钥进行解密。当一个文本要加密传送时，该文本用密钥加密构成密文，密文在信道上传送，收到密文后用同一个密钥将密文解出来，形成普通文体供阅读。在对称密钥中，密钥的管理极为重要，一旦密钥丢失，密文将无密可保。这种
方式在与多方通信时因为需要保存很多密钥而变得很复杂，而且密钥本身的安全就是一个问题。 对称加密 对称密钥是最古老的，一般说“密电码”采用的就是对称密钥。由于对称密钥运算量小、速度快、安全强度高，因而如今仍广泛被采用。 DES是一种数据分组的加密算法，它将数据分成长度为64位的数据块，其中8位用作奇偶校验，剩余的56位作为密码的长度。第一步将原文进行置换，得到64位的杂乱无章的数据组；第二步将其分成均等两段；第三步用加密函数进行变换，并在给定的密钥参数条件下，进行多次迭代而得到加密密文。 非对称密钥：非对称密钥由于两个密钥（加密密钥和解密密钥）各不相同，因而可以将一个密钥公开，而将另一个密钥保密，同样可以起到加密的作用。
AES加密算法的实现及应用
AES加密算法的实现及应用 摘要:AES加密算法具有安全性高,运行速度快,对硬件配置要求低,算法属于对称算法等优点,非常适合硬件的实现。课题对于AES加密算法进行改进,提高程序运行效率进行了研究。研究主要包括AES加密算法的改进,C语言实现,以及完成对数据流的加密和解密过程,同时对AES加密算法的应用进行了简单介绍。 关键词:AESC语言加密 前言: AES加密算法作为DES加密算法的替代品,具有安全、高效以及在不同硬件和软件[6]运行环境下表现出的始终如一的良好性能,因此该算法具有较高的开发潜力和良好的实用价值。本研究主要包括AES加密算法的改进,C语言实现,以及完成对数据流的加密和解密过程,同时对AES加密算法的应用进行了简单介绍。 一、AES加密算法的改进及实现 (1)AES加密算法的流程图 在图1.1中,Round代表加密的轮数,即程序循环次数。State代表状态矩阵,一个存储原始数据的数组。RoundKey代
表经过扩展运算后的密钥数组。ByteSub()代表置换函数,对状态矩阵State中的数据进行置换。ShiftRow()代表移位函数,对状态矩阵State中的数据进行移位运算。MixColumn()代表列混合运算函数,对状态矩阵State中的数据进行列混合运算。AddRoundKey()代表异或运送函数,对数组State和数组RoundKey进行异或运算。由上图可以看出,最后一次轮变换比前几次轮变换少执行一次MixColumn()函数。 (2)AES解密算法的流程图 在图1.2中,Round代表加密的轮数,即程序循环次数。State代表状态矩阵,一个存储原始数据的数组。RoundKey代表经过扩展运算后的密钥数组。InvByteSub()代表置换函数,对状态矩阵State中的数据进行置换。InvShiftRow()代表移位函数,对状态矩阵State中的数据进行移位运算。InvMixColumn()代表列混合运算函数,对状态矩阵State中的数据进行列混合运算。由上图可以看出,最后一次轮变换比前几次轮变换少执行一次MixColumn()函数。 二、AES加密算法复杂度分析 下面对改进前的算法和改进后的算法进行复杂度分析[8]以及程序执行效率的分析。 设b为0x00―0xff中的任意常数,以0x09*b为例进行讨
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高级加密标准AES
AES加密方法的讨论 姓名：贾泽宇学号：912106840226 AES（The Advanced Encryption Standard）是美国国家标准与技术研究所用于加密电子数据的规范。它被预期能成为人们公认的加密包括金融、电信和政府数字信息的方法。本文展示了AES的概貌并解析了它使用的算法。 AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。明确地说，AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和 256 位密钥，并且用 128 位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。 AES 算法是基于置换和代替的。置换是数据的重新排列，而代替是用一个单元数据替换另一个。AES 使用了几种不同的技术来实现置换和替换。为了阐明这些技术，我们讨论一个具体的 AES 加密例子。下面是你要加密的128位值以及它们对应的索引数组： 00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 aa bb cc dd ee ff 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 192位密钥的值是： 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f 10 11 12 13 14 15 16 17 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Figure 2 S-盒（Sbox ） 当 AES 的构造函数（constructor）被调用时，用于加密方法的两个表被初始化。第一个表是代替盒称为S-盒。它是一个16×16的矩阵。S-盒的前五行和前五列如 Figure 2 所示。在幕后，加密例程获取该密钥数组并用它来生成一个名为w[]的密钥调度表，Figure 3 所示。 Figure 3 密钥调度表（Key Sched）
AES加密解密与代码实现详解
先搞定AES算法，基本变换包括SubBytes（字节替代）、ShiftRows（行移位）、MixColumns（列混淆）、AddRoundKey(轮密钥加） 其算法一般描述为 明文及密钥的组织排列方式
ByteSubstitution（字节替代） 非线性的字节替代，单独处理每个字节： 求该字节在有限域GF(28)上的乘法逆，"0"被映射为自身，即对于α∈GF(28)，求β∈GF(28)， 使得α·β=β·α=1mod(x8+x4+x2+x+1)。 对上一步求得的乘法逆作仿射变换 y i=x i + x(i+4)mod8 + x(i+6)mod8 + x(i+7)mod8 + c i (其中c i是6310即011000112的第i位），用矩阵表示为 本来打算把求乘法逆和仿射变换算法敲上去，最后还是放弃了...直接打置换表
下面是逆置换表，解密时使用 这里遇到问题了，本来用纯c初始化数组很正常，封装成类以后发现不能初始化，不管是声明、构造函数都无法初始化，百歌谷度了一通后没有任何答案，无奈只能在构造函数中声明一个局部变量数组并初始化，然后用memcpy，（成员变量名为Sbox/InvSbox，局部变量名sBox/invsBox）
ShiftRows（行移位变换） 行移位变换完成基于行的循环位移操作，变换方法： 即行移位变换作用于行上，第0行不变，第1行循环左移1个字节，第2行循环左移2个字节，第3行循环左移3个字节。 MixColumns（列混淆变换）
逐列混合，方法： b(x) = (03·x3 + 01·x2 + 01·x + 02) · a(x) mod(x4 + 1)
加密算法
加密算法介绍 褚庆东 一.密码学简介 据记载，公元前400年，古希腊人发明了置换密码。1881年世界上的第一个电话保密专利出现。在第二次世界大战期间，德国军方启用“恩尼格玛”密码机，密码学在战争中起着非常重要的作用。 随着信息化和数字化社会的发展，人们对信息安全和保密的重要性认识不断提高，于是在1997年，美国国家标准局公布实施了“美国数据加密标准（DES）”，民间力量开始全面介入密码学的研究和应用中，采用的加密算法有DES、RSA、SHA等。随着对加密强度需求的不断提高，近期又出现了AES、ECC等。 使用密码学可以达到以下目的： 保密性：防止用户的标识或数据被读取。 数据完整性：防止数据被更改。 身份验证：确保数据发自特定的一方。 二.加密算法介绍 根据密钥类型不同将现代密码技术分为两类：对称加密算法（秘密钥匙加密）和非对称加密算法（公开密钥加密）。 对称钥匙加密系统是加密和解密均采用同一把秘密钥匙，而且通信双方都必须获得这把钥匙，并保持钥匙的秘密。 非对称密钥加密系统采用的加密钥匙（公钥）和解密钥匙（私钥）是不同的。 对称加密算法 对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密，常用的算法包括： DES（Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合。 3DES（Triple DES）：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。 AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高；
AES 2000年10月，NIST（美国国家标准和技术协会）宣布通过从15种侯选算法中选出的 一项新的密匙加密标准。Rijndael被选中成为将来的AES。Rijndael是在 1999 年下半年，由研究员 Joan Daemen和 Vincent Rijmen 创建的。AES 正日益成为加密各种形式的电子 数据的实际标准。 美国标准与技术研究院 (NIST) 于 2002 年 5 月 26 日制定了新的高级加密标 准 (AES) 规范。 算法原理 AES 算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将一个数据单元替换为另一个。AES 使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。 AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和 256 位密钥，并 且用 128位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据。 非对称算法 常见的非对称加密算法如下： RSA：由 RSA 公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件块的长度也是可变的； DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的 DSS（数字签名标准）； ECC（Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学。 ECC
AES加密算法原理(图文)
AES加密算法原理（图文） 随着对称密码的发展,DES数据加密标准算法由于密钥长度较小(56位),已经不适应当今分布式开放网络对数据加密安全性的要求，因此1997年NIST公开征集新的数据加密标准,即AES[1]。经过三轮的筛选,比利时Joan Daeman和Vincent Rijmen提交的Rijndael算法被提议为AES的最终算法。此算法将成为美国新的数据加密标准而被广泛应用在各个领域中。尽管人们对AES还有不同的看法,但总体来说,AES作为新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点。AES设计有三个密钥长度:128,192,256位，相对而言，AES的128密钥比DES的56密钥强1021倍[2]。AES算法主要包括三个方面：轮变化、圈数和密钥扩展。 AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。明确地说，AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和256 位密钥，并且用128 位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。Figure 1 显示了AES 用192位密钥对一个16位字节数据块进行加密和解密的情形。
Figure 1 部分数据 AES算法概述 AES 算法是基于置换和代替的。置换是数据的重新排列，而代替是用一个单元数据替换另一个。AES 使用了几种不同的技术来实现置换和替换。为了阐明这些技术，让我们用Figure 1 所示的数据讨论一个具体的AES 加密例子。下面是你要加密的128位值以及它们对应的索引数组： 00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 aa bb cc dd ee ff0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 192位密钥的值是: 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f 10 11 12 13 14 15 16 170 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
常用加密方式
常用加密方式 Base64 --------------------非对称加密-------------------------- Sha1(Secure Hash Algorithm) Sha256 Sha512 MD5(Message Digest Algorithm 5) RSA -----------------------对称加密----------------------------- DES(Data Encryption Standard) 3DES(Triple DES) AES(Advanced Encryption Standard) .net 数据加密算法 目前企业面临的计算环境和过去有很大的变化，许多数据资源能够依靠网络来远程存取，而且越来越多的通讯依赖于公共网络公共网络（如Internet），而这些环境并不保证实体间的安全通信，数据在传输过程可能被其它人读取或篡改。 加密将防止数据被查看或修改，并在原本不安全的信道上提供安全的通信信道，它达到以下目的：?保密性：防止用户的标识或数据被读取。 ?数据完整性：防止数据被更改。 ?身份验证：确保数据发自特定的一方。 一、数据加密/编码算法列表 常见用于保证安全的加密或编码算法如下： 1、常用密钥算法 密钥算法用来对敏感数据、摘要、签名等信息进行加密，常用的密钥算法包括： ?DES（Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合； ?3DES（Triple DES）：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高； ?RC2和RC4：用变长密钥对大量数据进行加密，比DES 快； ?IDEA（International Data Encryption Algorithm）国际数据加密算法，使用128 位密钥提供非常强的安全性； ?RSA：由RSA 公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件快的长度也是可变的； ?DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的DSS（数字签名标准）； ?AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高，目前AES 标准的一个实现是Rijndael 算法； ?BLOWFISH，它使用变长的密钥，长度可达448位，运行速度很快； ?其它算法，如ElGamal、Deffie-Hellman、新型椭圆曲线算法ECC等。 2、单向散列算法 单向散列函数一般用于产生消息摘要，密钥加密等，常见的有： ?MD5（Message Digest Algorithm 5）：是RSA数据安全公司开发的一种单向散列算法，MD5被广泛使用，可以用来把不同长度的数据块进行暗码运算成一个128位的数值； ?SHA（Secure Hash Algorithm）这是一种较新的散列算法，可以对任意长度的数据运算生成一个160位的
用新的高级加密标准(AES)保持你的数据安全毕业论文外文翻译
Keep Your Data Secure with the New Adva need En crypti on Stan dard James McCaffrey SUMMARY The Advaneed Encryption Standard (AES) is a National Institute of Standards and Tech no logy specificati on for the en cryptio n of electr onic data. It is expected to become the accepted means of encrypting digital information, including financial, telecom muni catio ns, and gover nment data. This article prese nts an overview of AES and explains the algorithms it uses..After reading this article you will be able to en crypt data using AES, test AES-based software, and use AES en crypti on in your systems. Note that the code presented in this article and any other implementation based on this article is subject to applicable Federal cryptographic module export controls (see Commercial En crypti on Export Con trols for the exact regulati on s). AES is a new cryptographic algorithm that can be used to protect electr onic data. Specifically, AES is an iterative, symmetric-key block cipher that can use keys of 128, 192, and 256 bits, and en crypts and decrypts data in blocks of 128 bits (16 bytes) Uni ike public-key ciphers, which use a pair of keys, symmetric-key ciphers use the same key to en crypt and decrypt data. En crypted data returned by block ciphers have the same nu mber of bits that the in put data had. Iterative ciphers use a loop structur that repeatedly performs permutati ons and substitutio ns of the in put data. Figure 1 shows AES in action encrypting and then decrypting a 16-byte block of data using a 192-bit key. Figure 1 Some Data AES is the successor to the older Data Encryption Standard (DES). DES was approved as a Federal standard in 1977 and remained viable until 1998 when a comb in ati on of adva ncesi n hardware, software, and crypta nalysis theory allowed a DES-e ncrypted message to be decrypted in 56 hours. Since that time nu merous other successful attacks on DES-encrypted data have been made and DES is now considered past its useful lifetime.
AES加密算法的实现及应用
现代经济信息 前言： AES加密算法作为DES加密算法的替代品，具有安全、高 效以及在不同硬件和软件[6]运行环境下表现出的始终如一的良好性 能，因此该算法具有较高的开发潜力和良好的实用价值。本研究主要 包括AES加密算法的改进，C语言实现，以及完成对数据流的加密和 解密过程，同时对AES加密算法的应用进行了简单介绍。 一、AES加密算法的改进及实现 （1）AES加密算法的流程图 在图1.1中，Round代表加密的轮数，即程序循环次数。State代 表状态矩阵，一个存储原始数 据的数组。RoundKey代表经 过扩展运算后的密钥数组。 ByteSub()代表置换函数，对 状态矩阵State中的数据进行 置换。ShiftRow()代表移位函 数，对状态矩阵State中的数据 进行移位运算。MixColumn() 代表列混合运算函数，对状态 矩阵State中的数据进行列混合 运算。AddRoundKey()代表异 或运送函数，对数组State和数 组RoundKey进行异或运算。由 上图可以看出，最后一次轮变 换比前几次轮变换少执行一次 MixColumn()函数。 （2）A E S解密算法的流 程图 在图1.2中，Round代表加 密的轮数，即程序循环次数。 State代表状态矩阵，一个存储 原始数据的数组。RoundKey 代表经过扩展运算后的密钥 数组。InvByteSub()代表置换 函数，对状态矩阵State中的数据进行置换。InvShiftRow()代表移位函 数，对状态矩阵State中的数据进行移位运算。InvMixColumn()代表列 混合运算函数，对状态矩阵State中的数据进行列混合运算。由上图可 以看出，最后一次轮变换比前几次轮变换少执行一次MixColumn()函 数。 二、AES加密算法复杂度分析 下面对改进前的算法和改进后的算法进行复杂度分析[8]以及程序 执行效率的分析。 设b为0x00—0xff中的任意常数，以0x09*b为例进行讨论。该算式 分解如下： 0x09*b=(0x08+1)*b =0x08*b+b =(0x06+0x02)*b+b =0x06*b+0x02*b+b =(0x04+0x02)*b+0x02*b+b =0x04*b+0x02*b+0x02*b+b =(0x02+0x02)*b+0x02*b+0x02*b+b =0x02*b+0x02*b+0x02*b+0x02*b +b 将上述算式进行C语言实现得到以下程序： （1）程序1 int i,t; t=b; t=t<<2; for(i=0;i<3;i++){ t=t^t; } t=t^b; 由此可见，该程序的 时间复杂度为O(n)。将上 述程序做一改进可得到如 下程序： （2）程序2 int i,t; t=b; t=t<<2; t=t^t; t=t^t; t=t^t; t=t^t; t=t^b; 由此可见，该程序的 时间复杂度为O(1)。 若通过表格法对公式进行编成，可以得到如下程序： （3）程序3 int t; t=Tab0e[0x0e][b]; 由此可见，该程序的时间复杂度为O(1)。 通过上述程序可以发现，程序2与程序3的时间复杂度相同。但这 只能说明两程序的时间效率相似，并不一定相同，具体判断还要看程 序的规模。 虽然程序之间的规模只有几行代码的差距，但如果将这些程序放 在循环体中执行，程序之间在时间上的执行效率就会表现出较大的差 距，循环次数越多，循环层数越多，效率差距就越明显。AES加密算 法本身是一种非常适用于硬件加密的算法，因此当该算法应用于硬件 编程时，就更要把算法的时间效率考虑在内，否则很可能由于算法执 行时间过长，导致尚未加密的数据被新加入的数据冲掉，造成数据的 遗失，如此一来也就失去了数据加密的意义。这也是为什么要对算法 的程序实现进行效率考察的主要原因。 AES加密算法的实现及应用 赵雪梅 盐城工学院，江苏 盐城 224003 图1.1 AES加密算法流程图图1.2 AES解密算法流程图
AES加密算法实验报告
实验报告 学号：姓名：专业：班级：第 10 周
static void SubBytes(unsigned char p[16]); static void inSubBytes(unsigned char p[16]); static void ShiftRows(unsigned char e[]); static void inShiftRows(unsigned char e[]); static void MatrixToByte(unsigned char e[]); static void inMatrixToByte(unsigned char e[]); static unsigned char FFmul(unsigned char a, unsigned char b); static void KeyAdding(unsigned char state[16], unsigned char k[][4]); static void KeyExpansion(unsigned char* key, unsigned char w[][4][4]); ~plaintext(); private: }; #include"" using namespace std; static unsigned char sBox[] = {};/定义加密S盒/ unsigned char insBox[256] ={};//定义解密S盒 plaintext::plaintext() { } void plaintext::createplaintext(unsigned char a[])//创建明文 { int i = 0; unsigned int p[16]; for (int j = 0; j<200; j++) { if (a[j] == 0) { break; } } for (; i<16; i++) { p[i] = a[i]; a[i] = a[i + 16];
JAVA实现AES加密算法代码
JAVA实现AES加密算法代码 近些年DES使用越来越少，原因就在于其使用56位密钥，比较容易被破解，近些年来逐渐被AES替代，AES已经变成目前对称加密中最流行算法之一；AES可以使用128、192、和256位密钥，并且用128位分组加密和解密数据。本文就简单介绍如何通过JAVA实现AES加密。 1. JAVA 实现闲话少许，掠过AES加密原理及算法，关于这些直接搜索专业吧，我们直接看JAVA的具体实现。 1.1 加密代码有详细解释，不多废话。/** * 加密 * * param content 需要加密的容* param password 加密密码* return */ public static byte[] encrypt(String content, String password) { try { KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES"); kgen.init(128, new SecureRandom(password.getBytes())); SecretKey secretKey = kgen.generateKey(); byte[] enCodeFormat = secretKey.getEncoded(); SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES"); Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");// 创建密码器byte[] byteContent = content.getBytes("utf-8");
AES加密算法
AES加密算法[转] 加密它：用新的高级加密标准（AES）保持你的数据安全 原著：James McCaffrey 翻译：小刀人 原文出处：MSDN Magazine November 2003 (Encrypt It) 本文的代码下载：msdnmag200311AES.exe (143KB) 本文假设你熟悉C# 和位（bit）操作。 摘要 AES（The Advanced Encryption Standard）是美国国家标准与技术研究所用于加密电子数据的规范。它被预期能成为人们公认的加密包括金融、电信和政府数字信息的方法。本文展示了AES的概貌并解析了它使用的算法。包括一个完整的C#实现和加密.NET数据的举例。在读完本文后你将能用AES加密、测试基于AES的软件并能在你的系统中使用AES加密。 -------------------------------------------------------------------------------- 美国国家标准与技术研究所(NIST)在2002年5月26日建立了新的高级数据加密标准(AES)规范。本文中我将提供一个用C#编写的的能运行的AES 实现，并详细解释到底什么是AES 以及编码是如何工作的。我将向您展示如何用AES 加密数据并扩展本文给出的代码来开发一个商业级质量的AES 类。我还将解释怎样把AES 结合到你的软件系统中去和为什么要这么做，以及如何测试基于AES 的软件。 注意本文提供的代码和基于本文的任何其它的实现都在联邦加密模块出口控制的 适用范围之内（详情请参看Commercial Encryption Export Controls ）。 AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。明确地说，AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和256 位密钥，并且用128 位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。Figure 1 显示了AES 用192位密钥对一个16位字节数据块进行加密和解密的情形。
AES加密算法实现流程
由于AES的数学原理在网上有很多，所以在这里就不再说明，主要是加密流程。 先说明一下AES的几个必备参数的初始化 typedef struct _AES{ int Nb; //明文或密文的行数 int Nr; //加密或解密时的轮数 int Nk; //密钥的行数 unsigned long *Word；//指向密钥库的指针 unsigned long *State; //指向每一轮加密或解后的结果 }AES; 这里统一为4列n行，可以用unsigned long数组表示。 Nb = 明文或密文长度/4 ;Nk = 密钥长度/4;加密轮数Nr = Nb < Nk ? Nk:Nb+6; 一.密钥库的生成过程 1.计算库的行数并分配内存 库行数= Nb*(Nr+1); 2.初始化密钥库 库的第一个密钥为原密钥---直接将密钥拷贝到密钥库中； 3.开始计算轮密钥 unsigned long temp; for (int c = Nk; c < Nb * (Nr+1); ++c) { //把上一轮的最后一行放入temp temp = w[c-1]; //判断是不是每一轮密钥的第一行 if (c % Nk == 0) { //左旋8位 temp = (temp<<8)|(temp>>24); //查Sbox表 SubWord((byte*)&temp); temp ^= Rcon[c/Nk]; } else if ( Nk > 6 && (c % Nk == 4) ) {
SubWord((byte*)&temp); } //w[c-Nk] 为上一轮密钥的第一行 w[c] = w[c-Nk] ^ temp; } 二.State生成 为了实现快速列混淆(这里应该是行混淆)，State需要多出三行作为缓冲区。所以State = new unsigned long[Nb+3]; 当解密时State += 3;加密时不变。 AES算法中行混淆的实现： 加密时第1，2，3列（从0开始）分别上旋(解密时下旋)1，2，3个字节。先拷贝前三行到State的最后三行(就是拷贝到多出来的那三行)。 设temp(unsigned char temp[4])为行混淆后第n行的数据。 设Nb = 4,那么加密时的逻辑结构为：（空白为无效数据） 拷贝前：拷贝后：处理完后的结果： c0 c1 c2 c3 c0 c1 c2 c3 c0 c1 c2 c3 --------------------- --------------------- --------------------- | s0 | s1 | s2 | s3 | | s0 | | | | | t0 | t5 | ta | tf | --------------------- --------------------- --------------------- | s4 | s5 | s6 | s7 | | s4 | s5 | | | | t4 | t9 | te | t3 | --------------------- --------------------- --------------------- | s8 | s9 | sa | sb | | s8 | s9 | sa | | | t8 | td | t2 | t7 | --------------------- --------------------- --------------------- | sc | sd | se | sf | | sc | sd | se | sf | | tc | t1 | t6 | tb | --------------------- --------------------- --------------------- | | | | | | | s1 | s2 | s3 | | | | | | --------------------- --------------------- --------------------- | | | | | | | | s6 | s7 | | | | | | --------------------- --------------------- --------------------- | | | | | | | | | sb | | | | | | --------------------- --------------------- --------------------- 则temp = {s0,s5,sa,sf};temp值经其它运算后放入State的第n行。 下面是解密时的情况 拷贝前：拷贝后：处理完后的结果：
AES加密算法流程介绍
AES加密算法流程介绍 作者美创科技安全实验室 01、AES算法简介 美国政府在1997年公开征集高级加密标准（Advanced Encryption Standard:AES）替代DES加密算法。AES得到了全世界很多密码工作者的响应，先后有很多人提交了自己设计的算法。最终有5个候选算法进入最后一轮：Rijndael，Serpent，Twofish，RC6和MARS。最终经过安全性分析、软硬件性能评估等严格的步骤，Rijndael算法获胜。 02、AES的基本结构 AES为分组密码，把明文分成一组一组的，每组长度相等，每次加密一组数据，直到加密完整个明文。在AES标准规范中，分组长度只能是128位，也就是说，每个分组为16个字节（每个字节8位）。密钥的长度可以使用128位、192位或256位。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，如下表所示： 接下来，我们以AES-128为例，介绍AES算法的流程。 03、AES算法流程
AES加密算法涉及4种操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。 下图给出了AES加解密的流程，从图中可以看出： 1）解密算法的每一步分别对应加密算法的逆操作 2）加解密所有操作的顺序正好是相反，保证了算法的正确性。 另外，加解密中每轮的密钥分别由种子密钥经过密钥扩展算法得到。算法中16字节的明文、密文和轮子密钥都以一个4x4的矩阵表示。 3.1字节替代 字节代替的主要功能是通过S盒完成一个字节到另外一个字节的映射。AES定义了一个S盒和一个逆S盒，用于提供密码算法的混淆性。 S盒：
128位AES加密算法
声明文件 AES.h #ifndef _AES_H_#define _AES_H_ #include
AES加密、解密算法原理
AES加密、解密算法原理和AVR实现 摘要 AES是美国高级加密标准算法,将在未来几十年里代替DES在各个领域中得到广泛应用。本文在研究分析AES加密算法原理的基础上，着重说明算法的实现步骤，并结合AVR 汇编语言完整地实现AES加密和解密。根据AES原理，提出几种列变化的优化算法，并根据实验结果分析和比较它们的优缺点。 关键词 AES算法 DES AVR汇编语言加密算法解密算法 引言 随着对称密码的发展,DES数据加密标准算法由于密钥长度较小(56位),已经不适应当今分布式开放网络对数据加密安全性的要求，因此1997年NIST公开征集新的数据加密标准,即AES[1]。经过三轮的筛选,比利时Joan Daeman和Vincent Rijmen提交的Rijndael 算法被提议为AES的最终算法。此算法将成为美国新的数据加密标准而被广泛应用在各个领域中。尽管人们对AES还有不同的看法,但总体来说,AES作为新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点。AES设计有三个密钥长度:128,192,256位，相对而言，AES的128密钥比DES的56密钥强1021倍[2]。AES算法主要包括三个方面：轮变化、圈数和密钥扩展。本文以128为例，介绍算法的基本原理；结合AVR汇编语言，实现高级数据加密算法AES。 1 AES加密、解密算法原理和AVR实现 AES是分组密钥，算法输入128位数据，密钥长度也是128位。用Nr表示对一个数据分组加密的轮数（加密轮数与密钥长度的关系如表1所列）。每一轮都需要一个与输入分组具有相同长度的扩展密钥Expandedkey(i)的参与。由于外部输入的加密密钥K长度有限,所以在算法中要用一个密钥扩展程序(Keyexpansion)把外部密钥K扩展成更长的比特串,以生成各轮的加密和解密密钥。 1.1 圈变化 AES每一个圈变换由以下三个层组成: 非线性层——进行Subbyte变换； 线行混合层——进行ShiftRow和MixColumn运算； 密钥加层——进行AddRoundKey运算。 ① Subbyte变换是作用在状态中每个字节上的一种非线性字节转换,可以通过计算出来的S盒进行映射。 Schange: ldi zh,＄01;将指针指向S盒的首地址 mov zl,r2；将要查找的数据作为指针低地址 ldtemp,z+；取出这个对应的数据 mov r2,temp；交换数据完成查表 … ret ② ShiftRow是一个字节换位。它将状态中的行按照不同的偏移量进行循环移位，而这个偏移量也是根据Nb的不同而选择的[3]。 shiftrow:;这是一个字节换位的子程序 mov temp,r3;因为是4×4 mov r3,r7; r2 r6 r10 r14 r2 r6 r10 r14 mov r7,r11; r3 r7 r11 r15---r7 r11 r15 r3 mov r11,r15; r4 r8 r12 r17 r12 r17 r4 r8