409 分组密码--AES算法
AES算法C语言讲解与实现
AES算法C语言讲解与实现AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，被广泛应用于各种应用中，如保护通信、数据安全等。
AES算法采用分组密码的方式，将明文数据分成若干个大小相等的分组，然后对每个分组进行加密操作。
1. 密钥扩展（Key Expansion）：AES算法中使用的密钥长度分为128位、192位和256位三种，密钥长度不同，密钥扩展的轮数也不同。
根据密钥长度，需要扩展成多少个轮密钥。
扩展过程中需要进行字节代换、循环左移、模2乘法等操作。
2. 子密钥生成（Subkey Generation）：根据密钥扩展的结果，生成每一轮需要使用的子密钥。
3. 字节替换（SubBytes）：将每个字节替换为S盒中对应的值。
S盒是一个固定的预先计算好的查找表。
4. 行移位（ShiftRows）：对矩阵的行进行循环左移，左移的位数根据行数而定。
5. 列混合（MixColumns）：将每列的四个字节进行混合。
混合操作包括乘法和异或运算。
6. 轮密钥加（AddRoundKey）：将每一轮得到的结果与轮密钥进行异或运算。
以上就是AES算法的六个步骤的实现过程，下面我们来具体讲解一下。
首先，我们需要定义一些辅助函数，如字节代换函数、循环左移函数等。
```cuint8_t substitution(uint8_t byte) return sBox[byte];void shiftRows(uint8_t *state)uint8_t temp;//第二行循环左移1位temp = state[1];state[1] = state[5];state[5] = state[9];state[9] = state[13];state[13] = temp;//第三行循环左移2位temp = state[2];state[2] = state[10];state[10] = temp;temp = state[6];state[6] = state[14];state[14] = temp;//第四行循环左移3位temp = state[15];state[15] = state[11];state[11] = state[7];state[7] = state[3];state[3] = temp;void mixColumns(uint8_t *state)int i;uint8_t temp[4];for(i = 0; i < 4; i++)temp[0] = xTime(state[i * 4]) ^ xTime(state[i * 4 + 1]) ^ state[i * 4 + 1] ^state[i * 4 + 2] ^ state[i * 4 + 3];temp[1] = state[i * 4] ^ xTime(state[i * 4 + 1]) ^xTime(state[i * 4 + 2]) ^state[i * 4 + 2] ^ state[i * 4 + 3];temp[2] = state[i * 4] ^ state[i * 4 + 1] ^ xTime(state[i * 4 + 2]) ^xTime(state[i * 4 + 3]) ^ state[i * 4 + 3];temp[3] = xTime(state[i * 4]) ^ state[i * 4] ^ state[i * 4 + 1] ^state[i * 4 + 2] ^ xTime(state[i * 4 + 3]);state[i * 4] = temp[0];state[i * 4 + 1] = temp[1];state[i * 4 + 2] = temp[2];state[i * 4 + 3] = temp[3];}```接下来，我们实现密钥扩展和子密钥生成的过程。
02分组密码—DES算法及AES简介
分组密码和流密码的比较
• 基本区别
– 粒度 8字节分组 vs. 1比特或1字节
各自适应不同的应用数据格式 – 分组密码对相同的明文分组，总是输出相同的密文分组；
而流密码却输出不同的密文比特
– 流密码一般快很多
• 分组密码多些，是商用密码的主流
– 分组密码也可以用作流模式
• 安全性对比
– 流密码是核心密码的主流
L1 ＝R2⊕F(k2,R1) ＝L1⊕F(k2,R1)⊕F(k2,R1) ＝L1
L0 ＝R1⊕F(k1,R0) ＝L0⊕F(k1,R0)⊕F(k1,R0) ＝L0
kpwang@
Copyright by © 王鲲鹏
Feistel伪代码
明文m – 长度n＝2t，记为m0m1，每个长度为t 密钥k – 产生r个子密钥k1,k2 ,...,kr 加密E m： for i=2 to r+1 do 0, 1 mi＝mi-2 XOR f(mi-1, ki-1) i, i+1 <- ki 得密文（mr，mr+1） r, r+1 <- kr 解密D for i=r to 1 do mi-1＝mi+1 XOR f(mi, ki) 或 for i=r-1 to 0 do mi＝mi+2 XOR f(mi+1, ki+1) ＝mi XOR f(mi+1, ki+1) XOR f(mi+1, ki+1) ＝mi
– 密文分组和明文分组同样长 • 对某个密钥可以构造一个明密文对照表
– 电码本 (Substitution Table) – 所以分组的长得至少64比特才好
– 密钥空间2 << 可逆映射个数(2 )!
AES加密解密算法原理
AES加密解密算法原理AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，也是目前最常用的加密算法之一、它的原理基于代换-置换网络（Substitution-Permutation Network）和密钥编排（Key Schedule），提供了高度安全性和高效的加密解密速度。
AES算法使用固定长度的块（block）进行加密和解密。
在AES中，块的长度为128位（16字节），可以通过使用不同的密钥长度（128位、192位或256位）来选择不同的加密强度。
AES加密算法的核心是代换-置换网络（Substitution-Permutation Network，SPN）。
它包含了四个主要的操作：字节代换（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。
这些操作在多轮中重复执行，每轮中使用不同的轮密钥进行加密。
最后一轮的加密不包含列混淆操作。
字节代换（SubBytes）是AES算法的第一步，它通过查表的方式将输入块中的每个字节替换为一个固定的字节。
这个替换表是通过将每个字节的高四位和低四位作为下标进行查找得到的。
行移位（ShiftRows）是AES算法的第二步，它按照固定规则对输入块中的每一行进行循环移位操作。
具体来说，每一行的移位操作是将这一行向左循环移动一个固定的偏移量。
这个偏移量是根据输入块的行号来确定的。
列混淆（MixColumns）是AES算法的第三步，它对输入块中的每一列进行混淆操作。
这个混淆操作是通过将每一列的每个字节与一个固定的矩阵进行矩阵乘法得到的。
轮密钥加（AddRoundKey）是AES算法的最后一步，它是每一轮加密中的一个重要操作。
在这个操作中，当前输入块的每个字节与当前轮使用的轮密钥进行异或操作。
这个轮密钥是通过密钥编排算法生成的。
密钥编排（Key Schedule）是AES算法的一个重要部分。
AES算法加解密原理及安全性分析(DOC)
AES算法加解密原理及安全性分析刘帅卿一、AES算法简介AES算法是高级加密标准算法的简称，其英文名称为Advanced Encryption Standard。
该加密标准的出现是因为随着对称密码的发展,以前使用的DES（Data Encryption Standard数据加密标准）算法由于密钥长度较小(56位),已经不适应当今数据加密安全性的要求，因此后来由Joan Daeman和Vincent Rijmen提交的Rijndael算法被提议为AES的最终算法。
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。
加之算法本身复杂的加密过程使得该算法成为数据加密领域的主流。
二、AES算法的基本概念1、有限域（GF）由于AES算法中的所有运算都是在有限域当中进行的，所以在理解和实现该算法之前先得打好有限域这一基石才行。
通常的数学运算都是在实数域中进行，而AES算法则是在有限域中进行，我们可以将有限域看成是有确定边界范围的正整数集合，在该集合当中，任意两个元素之间的运算结果都仍然落在该集合当中，也即满足运算封闭性。
那么如何才能保证这样的“有限性”（也即封闭性）呢？GF（2w）被称之为伽罗华域，是有限域的典型代表。
随着w（=4,8,16,…）的取值不同所形成的有限域范围也不同。
AES算法中引入了GF域当中对数学运算的基本定义：将两数的加减法定义为两者的异或运算；将两数的乘法定义为多项式间的相乘并求余运算，其中被用于求余运算的除数被称为不可约多项式（或者称为求余多项式），它是固定的一个多项式：m(x) =8431x x x x ++++（数值为十六进制的11B ，这里是假定w=8时的情形）。
aes cbc算法原理
AES CBC算法原理1. 引言AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，被广泛应用于数据的加密和解密过程中。
CBC（Cipher Block Chaining）是一种工作模式，用于将AES算法应用于加密大块数据。
在本文中，我们将详细介绍AES CBC算法的基本原理，包括AES算法、CBC工作模式以及它们的结合应用。
2. AES算法AES是一种分组密码，它使用相同长度的密钥对数据进行加密和解密。
AES有三个固定的密钥长度：128位、192位和256位。
根据不同的密钥长度，AES算法分为AES-128、AES-192和AES-256。
AES算法将明文分割成固定长度的块（128位），每个块独立地进行加密或解密操作。
其基本原理如下：1.字节替代（SubBytes）：将每个字节替换为S盒中对应位置上的元素，S盒是一个固定的非线性变换表。
2.行移位（ShiftRows）：对每行进行循环左移操作，第一行不移动，第二行左移1字节，第三行左移2字节，第四行左移3字节。
3.列混淆（MixColumns）：对每列进行线性变换，通过乘法和加法操作，达到扩散效果。
4.轮密钥加（AddRoundKey）：将当前轮次的密钥与明文进行异或操作。
AES算法是一个迭代的过程，每一轮都会对数据进行上述四个基本操作。
具体的迭代次数取决于密钥长度，例如AES-128有10轮、AES-192有12轮、AES-256有14轮。
3. CBC工作模式CBC是一种分组密码的工作模式，它通过引入初始向量（IV）和前一个块的密文来增强加密算法的安全性。
CBC工作模式的基本原理如下：1.首先，将明文分割成固定长度的块（通常为128位），最后一个块如果不够长，则补齐。
2.使用初始向量（IV）与第一个块进行异或操作。
3.将异或后的结果使用AES算法进行加密。
4.将加密后得到的密文与下一个块进行异或操作，并继续重复步骤3和4直到所有块都被处理。
AES加密算法的原理详解
AES加密算法的原理详解AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，它是目前使用最广泛的加密算法之一、它用于保护计算机网络和数据通信的安全性。
本文将详细介绍AES加密算法的原理。
1. 字节替换（SubBytes）：字节替换是AES中的第一步，它对明文块中的每个字节进行非线性的替换。
这个操作可以使用1个字节代换表（S-Box）来完成。
S-Box是由一个有限域GF(28)上的运算定义的一个字节代换表。
字节替换的目的是使加密过程中的非线性增加，提高系统的安全性。
2. 行移位（ShiftRows）：行移位操作对明文分组中的字节进行循环移位。
AES中，第一行保持不变，第二行循环左移一位，第三行循环左移两位，第四行循环左移三位。
行移位的目的是在不改变数据的情况下改变各个字节的位置，增加密码的复杂性。
3. 列混淆（MixColumns）：列混淆操作对每一列进行混淆运算。
AES中，列混淆操作采用一个固定的矩阵与每一列进行乘法运算。
该矩阵保证了加密操作的线性性质。
列混淆的目的是增加密码系统的抗差分攻击能力。
4. 轮密钥加（AddRoundKey）：轮密钥加操作是AES中的最后一步，它将当前明文块与一个与之对应的轮密钥进行异或运算。
轮密钥由密钥扩展算法根据初始密钥生成。
这个操作将密钥的信息引入加密过程中，增加了加密的混淆性。
以上四步操作被称为一轮加密操作。
AES加密算法中的轮数取决于密钥的长度。
128位密钥需要10轮，192位密钥需要12轮，256位密钥需要14轮。
加密的最后一轮操作中，不包括列混淆。
解密操作与加密操作相对应，只是步骤的顺序相反。
解密过程中使用的操作是字节替换的逆操作、行移位的逆操作、列混淆的逆操作以及轮密钥加的逆操作。
解密的最后一轮操作中同样不包括列混淆。
AES加密算法的安全性得到广泛认可，它已被政府和军事机构等高安全性需求的组织采用。
AES算法的设计和实现高效，适用于各种平台和操作系统。
aes分组密码算法
aes分组密码算法摘要：1.引言2.AES算法简介3.AES算法的原理与流程4.AES算法的优缺点5.AES在我国的应用与发展6.总结正文：【引言】在信息时代，数据安全日益受到重视。
加密技术作为保障信息安全的核心手段之一，吸引了众多研究者关注。
其中，AES（Advanced Encryption Standard）分组密码算法因其高效、安全等特点，被广泛应用于各种安全领域。
【AES算法简介】AES算法是由美国国家标准与技术研究院（NIST）于1997年发布的一种对称加密算法。
它的出现，是为了替代DES算法作为新一代的数据加密标准。
AES算法支持128位、192位和256位密钥长度，相较于DES的56位密钥长度，大大提高了安全性。
【AES算法的原理与流程】AES算法采用分组长度为128位，并将数据分为四个阶段进行处理。
分别是：初始轮、多轮加密、最终轮和输出。
在每个阶段，加密过程都包括四个步骤：字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加。
这四个步骤依次作用于明文数据，生成密文数据。
【AES算法的优缺点】AES算法具有以下优点：1.高速性：AES算法采用并行处理，充分利用现代计算机的多核性能，提高了加密速度。
2.安全性：AES密钥长度长，抗攻击能力强，能够有效抵御已知攻击手段。
3.易于实现：AES算法采用固定循环结构，实现起来相对简单。
然而，AES算法也存在一定的缺点：1.内存占用较大：AES算法需要大量内存存储中间状态，对硬件资源要求较高。
2.初始化复杂：与其他加密算法相比，AES算法的初始化过程较为复杂。
【AES在我国的应用与发展】我国对AES算法的研究与应用高度重视，已将其纳入国家密码体系。
在我国，AES算法广泛应用于网络安全、金融领域、政务保密等领域，保障了国家信息安全。
同时，我国科研人员也在AES算法的研究上不断取得突破，提出了多种优化和改进方案。
【总结】AES分组密码算法作为一种高效、安全的数据加密手段，在我国得到了广泛应用。
aes分组密码算法
AES（Advanced Encryption Standard）是一种分组密码算法，其工作原理是采用迭代分组密码算法，通过多轮的变换操作来对数据进行加密或解密。
这种算法基于3-8 GF(28)上的多项式a(x)=a3x3+a2x2+a1x1+a0和b(x)=b3x3+b2x2+b1x1+b0相乘模x4+1的积，其系数由四个式子计算得出。
AES加密算法的数据块长度和密钥长度都可变，可以独立地选定为大于等于128位且小于等于256位的32位的任意倍数。
当数据块长度为128位，密钥的长度可分别选择为128位（192位或256位）。
其加解密过程中，每轮操作产生的中间结果称其为状态，状态经过多次数据变换操作，每次都会产生一个中间结果。
在AES加密算法中，有一个重要的概念是线性混合层，它通过行移位和列混合来确保多轮之上的高度扩散。
此外，还有密钥加密层，进行轮密钥加密。
总的来说，AES是一种高效且安全的分组密码算法，被广泛应用于各种数据加密和安全通信场景。
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AES密码算法
本次课的主要内容
✓AES算法概述
✓AES算法加密过程
状态
S盒变换ByteSub
行移位变换ShiftRow
列混合变换MixColumn
轮密钥加变换AddRoundKey ✓AES算法解密过程与安全性
一般的轮数：
行移位变换ShiftRow
列混合变换MixColumn
轮密钥加变换AddRoundKey 最后一轮：
S盒变换ByteSub
行移位变换ShiftRow
轮密钥加变换AddRoundKey
1、AES的数据处理方式
①字节、字
②状态
2、状态
①加解密过程中的中间数据
②以字节为元素的4行Nb列的矩阵，或者二为数组。
③符号：Nb—明文数据长度；
数据块长度除以32，如128/32、192/32=6、256/32=8 Nk---密钥数据长度，同Nb
Nr—迭代圈数
Nb、Nk、Nr之间的关系：
2、S盒变换ByteSub(State)
①S盒变换是AES的唯一的非线性变换，是AES安全的关键。
②AES使用16个相同的S盒; DES使用8个不相同的S盒。
③AES的的S8位输入8位输出;DES的S盒有6位输入4位输出
例如：输入95，通过S盒变换，输出为2a
输出：
“00101010”，十六进制表示为“2a”
①行移位变换对状态的行进行循环移位。
②第0行不移位；第1行移C1字节，第2行移C2字节；第3行移C3字节。
③C1、C2、C3按表取值
①列混合变换把状态的列视为GF(28)上的多项上的多项式a(x)，乘以一个固定的多项式c(x)，并模x 4+1
b(x)=a(x)c(x) mod x 4
+1，其中c(x)=03x
3+01x 2+01x+02②列混合变换属于代替变换。
写成矩阵形式
结果如下：
①把圈密钥与状态进行2相加
②圈密钥根据密钥产生算法产
③圈密钥长度等于数据块长度
①轮密钥根据密钥产生算法，通过用户密钥得到轮密钥。
②密钥产生分两步进行：密钥扩展和轮密钥选择③密钥扩展将用户密钥扩展为一个扩展密钥。
④密钥选择从扩展密钥中选出圈密钥。
1、密钥扩展①密钥扩展产生扩展。
②用一个字元素的一维数组W[Nb*(Nr+1)] 表示扩展密钥。
③用户密钥放在数组最开始
的Nk 个字中。
④其它的字由它前面的字经过处理后得到⑤有Nk≤6和Nk >6 两种密钥扩展算法。
2、密钥选择圈密钥选择根据分组的大小，依次从扩展密钥中取出圈密钥。
第一步和最后一步都用了轮密钥加，因为任何没有密钥参与的变换都是容易被攻破。
DES的IP与IP-1都没有密钥参与。
AES的加密算法不是对合运算，加密算法和解密算法不同。
AES的巧妙之处：虽然解密算法与加密算法不同，但算解密算法的结构与加密算法的结构相同
把加密算法的基本过程变换成逆变换 便得到解密算法。
AES算法的解密过程依次进行逆字节代换，逆行移位，逆列混合和轮
密钥加。
✓InvByteSub ( )是ByteSub( )的逆变换，通过查逆S盒来实现。
✓InvShiftRow( )是ShiftRow( )的逆变换，对State的各行进行一定量的循环移位（Nb=4）。
第0行不移位；第1行循环右移1个字节；第2行循环右移2个字节；第3行循环右移3个字节。
✓InvMixColumn( )是MixColumn( )的逆变换。
✓AddRoundKey的逆就是它自己
✓圈密钥按相反顺序使用
可抗击穷举密钥的攻击
可抵抗穷举搜索攻击因为AES的密钥长度可变，针对128/192/256bit的密钥，密钥量为2128/2192/2256，足以抵抗穷举搜索攻击。
可抗击线性攻击，经4轮变换后，线性分析就无能为力了。
可抗击差分攻击，经8轮变换后，差分攻击就无从着手了。
不存在弱密码
该算法对密钥的选择没有任何限制，还没有发现弱密钥
✓AES算法概述
✓AES算法加密过程
状态
S盒变换ByteSub
行移位变换ShiftRow
列混合变换MixColumn
轮密钥加变换AddRoundKey ✓AES算法解密过程与安全性
谢谢大家。