(完整版)密码学毕业课程设计-AES加密解密文档

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集美大学计算机工程学院实验报告：：实验成绩班级课程名称：姓名指导教师：：学号实验项目名称：AES加密解密算法：：上机实践日期学时组号：2上机实践时间实验项目编号：：一、实验目的学习AES加密的方法。

二、实验内容与设计思想编写AES加密解密算法，并测试。

三、实验使用环境操作系统：Microsoft Windows 7编程环境：Visual C++ 6.0四、实验步骤和调试过程// AES.h#ifndef AES_H_#define AES_H_#include <bitset>#include <utility>using namespace std;class AES{public:typedef unsigned char byte;static const int KEY_SIZE = 16; // 密钥长度为位static const int N_ROUND = 11;明文 byte plainText[16]; //当前分组。

byte state[16]; //byte cipherKey[16]; // 密钥 byte roundKey[N_ROUND][16]; //轮密钥密文 byte cipherText[16]; // byte SBox[16][16];// S盒盒逆 byte InvSBox[16][16]; // S void EncryptionProcess();void DecryptionProcess();void Round(const int& round);void InvRound(const int& round);void FinalRound();void InvFinalRound();void KeyExpansion();void AddRoundKey(const int& round);void SubBytes();void InvSubBytes();void ShiftRows();void InvShiftRows();void MixColumns();void InvMixColumns();void BuildSBox();void BuildInvSBox();void InitialState(const byte* text);void InitialCipherText();void InitialplainText();byte GFMultplyByte(const byte& left, const byte& right);const byte* GFMultplyBytesMatrix(const byte* left, const byte* right);public:AES();const byte* Cipher(const byte* text, const byte* key, const int& keySize);const byte* InvCipher(const byte* text, const byte* key, const int& keySize);};void AES::EncryptionProcess(){ // 加密过程InitialState(plainText);KeyExpansion(); // 密钥扩展AddRoundKey(0); // 轮密钥加for(int i = 1; i < N_ROUND-1; ++i){Round(i);}FinalRound();InitialCipherText();}void AES::DecryptionProcess(){ // 解密过程InitialState(cipherText);KeyExpansion();InvFinalRound();for(int i = N_ROUND-2; i > 0 ; --i){InvRound(i);}AddRoundKey(0);InitialplainText();}void AES::Round(const int& round) { // 正常轮SubBytes();ShiftRows();MixColumns();AddRoundKey(round);}void AES::InvRound(const int& round) { // 正常轮的逆AddRoundKey(round);InvMixColumns();InvShiftRows();InvSubBytes();}void AES::FinalRound(){ // 最后轮SubBytes();ShiftRows();AddRoundKey(N_ROUND - 1);}void AES::InvFinalRound(){ // 最后轮的逆AddRoundKey(N_ROUND - 1); InvShiftRows();InvSubBytes();}void AES::KeyExpansion(){ // 密钥扩展const byte rcon[N_ROUND][4] = { {0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, {0x01, 0x00, 0x00, 0x00},{0x02, 0x00, 0x00, 0x00},{0x04, 0x00, 0x00, 0x00},{0x08, 0x00, 0x00, 0x00},{0x10, 0x00, 0x00, 0x00},{0x20, 0x00, 0x00, 0x00},{0x40, 0x00, 0x00, 0x00},{0x80, 0x00, 0x00, 0x00},{0x1b, 0x00, 0x00, 0x00},{0x36, 0x00, 0x00, 0x00} };for(int i = 0; i < 16; ++i){roundKey[0][i] = cipherKey[i];}for(int i = 0; i < 4; ++i){ // roundKey[0][16]为cipherKey的转置矩阵for(int j = 0; j < 4; ++j){roundKey[0][4*i + j] = cipherKey[4*j + i];}}for(int roundIndex = 1; roundIndex < N_ROUND; ++roundIndex) {byte rotWord[4] = {0x00};rotWord[0] = roundKey[roundIndex - 1][3];rotWord[1] = roundKey[roundIndex - 1][7];rotWord[2] = roundKey[roundIndex - 1][11];rotWord[3] = roundKey[roundIndex - 1][15];std::swap<byte>(rotWord[0], rotWord[1]);std::swap<byte>(rotWord[1], rotWord[2]);std::swap<byte>(rotWord[2], rotWord[3]);for(int i = 0; i < 4; ++i){rotWord[i] = SBox[ rotWord[i] >> 4][ rotWord[i] & 0x0f ]; roundKey[roundIndex][4*i] = roundKey[roundIndex -1][4*i] ^rotWord[i] ^ rcon[roundIndex][i];}for(int j = 1; j < 4; ++j){for(int i = 0; i < 4; ++i){roundKey[roundIndex][4*i + j] = roundKey[roundIndex - 1][4*i+ j] ^ roundKey[roundIndex][4*i + j - 1];}}}}void AES::AddRoundKey(const int& round){ // 轮密钥加for(int i = 0; i < 16; ++i){ // 利用当前分组state和第round组扩展密钥进行按位异或 state[i] ^= roundKey[round][i];}}void AES::SubBytes(){ // 字节代换for(int i = 0; i < 16; ++i){state[i] = SBox[ state[i] >> 4][ state[i] & 0x0f ];}}void AES::InvSubBytes(){ // 逆字节代换for(int i = 0; i < 16; ++i){state[i] = InvSBox[ state[i] >> 4][ state[i] & 0x0f ]; }}void AES::ShiftRows(){ // 行变换//state第一行保持不变// Do nothing.//state第二行循环左移一个字节std::swap<byte>(state[4], state[5]);std::swap<byte>(state[5], state[6]);std::swap<byte>(state[6], state[7]);//state第三行循环左移两个字节std::swap<byte>(state[8], state[10]);std::swap<byte>(state[9], state[11]);//state第三行循环左移三个字节std::swap<byte>(state[14], state[15]);std::swap<byte>(state[13], state[14]);std::swap<byte>(state[12], state[13]);}void AES::InvShiftRows(){ // 行变换反演//state第一行保持不变// Do nothing.//state第二行循环右移一个字节std::swap<byte>(state[6], state[7]);std::swap<byte>(state[5], state[6]);std::swap<byte>(state[4], state[5]);//state第三行循环右移两个字节std::swap<byte>(state[9], state[11]);std::swap<byte>(state[8], state[10]);//state第三行循环右移三个字节std::swap<byte>(state[12], state[13]);std::swap<byte>(state[13], state[14]);std::swap<byte>(state[14], state[15]);}void AES::MixColumns(){ // 列混淆byte matrix[4][4] = {{0x02, 0x03, 0x01, 0x01},{0x01, 0x02, 0x03, 0x01},{0x01, 0x01, 0x02, 0x03},{0x03, 0x01, 0x01, 0x02}};const byte* temp = GFMultplyBytesMatrix((byte*)matrix, state); for(int i = 0; i < 16; ++i){state[i] = temp[i];}delete[] temp;}void AES::InvMixColumns(){ // 列混淆反演byte matrix[4][4] = {{0x0e, 0x0b, 0x0d, 0x09},{0x09, 0x0e, 0x0b, 0x0d},{0x0d, 0x09, 0x0e, 0x0b},{0x0b, 0x0d, 0x09, 0x0e} };const byte* temp = GFMultplyBytesMatrix((byte*)matrix, state); for(int i = 0; i < 16; ++i){state[i] = temp[i];}delete[] temp;}void AES::BuildSBox(){ // 构建S盒byte box[16][16] ={/* 0 1 2 3 4 5 6 7 89 ab c d e f *//*0*/ {0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67,0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76},/*1*/ {0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2,0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0},/*2*/ {0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5,0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15},/*3*/ {0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80,0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75},/*4*/ {0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6,0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84},/*5*/ {0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe,0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf},/*6*/ {0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02,0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8},/*7*/ {0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda,0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2},/*8*/ {0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e,0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73},/*9*/ {0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8,0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb},/*a*/ {0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac,0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79},/*b*/ {0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4,0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08},/*c*/ {0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8,0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a},/*d*/ {0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61,0x35, 0x57,0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e},/*e*/ {0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b,0x1e, 0x87,0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf},/*f*/ {0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41,0x99, 0x2d,0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16}};for(int i = 0; i < 16; ++i){for(int j = 0; j < 16; ++j){SBox[i][j] = box[i][j];}}}void AES::BuildInvSBox()盒S构建逆{ //byte box[16][16] ={/* 0 1 2 3 4 5 6 7 89 ab c d e f *//*0*/ {0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf,0x40, 0xa3,0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb},/*1*/ {0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43,0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb},/*2*/ {0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee,0x4c, 0x95,0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e},/*3*/ {0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76,0x5b, 0xa2,0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25},/*4*/ {0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4,0xa4, 0x5c,0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92},/*5*/ {0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e,0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84},/*6*/ {0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58,0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06},/*7*/ {0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd,0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b},/*8*/ {0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf,0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73},/*9*/ {0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37,0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e},/*a*/ {0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62,0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b},/*b*/ {0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0,0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4},/*c*/ {0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10,0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f},/*d*/ {0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a,0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef},/*e*/ {0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb,0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61},/*f*/ {0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14,0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d}};for(int i = 0; i < 16; ++i){for(int j = 0; j < 16; ++j){InvSBox[i][j] = box[i][j];}}}void AES::InitialState(const byte* text){ // state初始时候为明(密)文矩阵的转置矩阵for(int i = 0; i < 4; ++i){ //转置text存放在state中for(int j = 0; j < 4; ++j){state[4*i + j] = text[4*j + i];}}}void AES::InitialCipherText(){ // state被复制到输出矩阵中for(int i = 0; i < 4; ++i){ //转置state存放在cipherText中for(int j = 0; j < 4; ++j){cipherText[4*i + j] = state[4*j + i];}}}void AES::InitialplainText(){ // state被复制到输入矩阵中for(int i = 0; i < 4; ++i){ //转置state存放在plainText中for(int j = 0; j < 4; ++j){plainText[4*i + j] = state[4*j + i];}}}AES::byte AES::GFMultplyByte(const byte& left, const byte& right) { //有限域GF(2^8)上的乘法byte temp[8];bitset<8> bits((unsigned long)right); //把right化为个二进制位存放在bits中temp[0] = left;for(int i = 1; i < 8; ++i){if(temp[i-1] >= 0x80) //若(temp[i-1] 首位为{temp[i] = temp[i-1] << 1;异或(00011011)与 temp[i] = temp[i] ^ 0x1b; //}else{temp[i] = temp[i-1] << 1;}}byte result = 0x00;for(int i = 0; i < 8; ++i){if(bits[i] == 1){result ^= temp[i];}}return result;}const AES::byte* AES::GFMultplyBytesMatrix(const byte* left, const byte* right){ //有限域GF(2^8)上的矩阵(4*4)乘法AES::byte* result = new AES::byte[16];for(int i = 0; i < 4; ++i){for(int j = 0; j < 4; ++j){result[4*i + j] = GFMultplyByte(left[4*i], right[j]);for(int k = 1; k < 4; ++k){result[4*i + j] ^= GFMultplyByte(left[4*i + k],right[4*k + j]);}}}return result;}AES::AES(){BuildSBox();BuildInvSBox();}const AES::byte* AES::Cipher(const byte* text, const byte* key, const int&keySize){ // 用key给text加密for(int i = 0; i < 16; ++i){plainText[i] = text[i];}for(int i = 0; i < keySize; ++i){cipherKey[i] = key[i];}EncryptionProcess();return cipherText;}const AES::byte* AES::InvCipher(const byte* text, const byte* key, const int&keySize){ // 用key给text解密for(int i = 0; i < 16; ++i){cipherText[i] = text[i];}for(int i = 0; i < keySize; ++i){cipherKey[i] = key[i];}DecryptionProcess();return plainText;}#endif /* AES_H_ *///AES.CPP// main.cpp#include stdafx.h#include <string>#include <fstream>#include <iostream>#include AES.husing namespace std;int main(int argc, char* argv[]){const string USAGE = Usage: AES [-E | -D] destinationfile sourcefilekeyfile ;if(argc != 5){cout << USAGE << endl;return 1;}ifstream is(argv[3], ios::in | ios::binary);if(!is){cerr << InputFileNotFoundException << endl;return 2;}ifstream ks(argv[4], ios::in | ios::binary);if(!ks){cerr << KeyFileNotFoundException << endl;return 2;}AES aes;const unsigned char *key = new unsigned char[16];ks.read((char*)key, 16);ofstream os(argv[2], ios::out | ios::binary);if(strcmp(argv[1], -E) == 0 || strcmp(argv[1], -e) == 0){const unsigned char* cipherText;const unsigned char* plainText = new unsigned char[16]; while(is.read((char*)plainText, 16)){cipherText = aes.Cipher(plainText, key, 16);os.write((const char*)cipherText, 16);}}if(strcmp(argv[1], -D) == 0 || strcmp(argv[1], -d) == 0){const unsigned char* plainText;const unsigned char* cipherText = new unsigned char[16]; while(is.read((char *)cipherText, 16)){plainText = aes.InvCipher(cipherText, key, 16);os.write((const char*)plainText, 16);}delete[] cipherText;}delete[] key;is.close();ks.close();os.close();return 0;}五、实验小结六、附录《现代密码学教程》。

《信息安全、DES和AES加密解密》课程设计

信息安全概论院（系）：专业班级：姓名：学号：日期：地点：指导教师：成绩：一、课程设计目标1.通过信息安全课程设计，能够增强我们对信息安全的认识，更加牢固的掌握信息安全概论相关知识。

2.综合运用学习到的理论知识，提高实践能力。

3.通过小组讨论形式对任务进行分解，提出实现方案，制定计划，小组成员分工协作，共同完成课程设计题目，培养团队合作能力。

4.运用熟悉的程序语言编写程序，增强对程序语言的运用。

5.课程设计期间，通过对问题的分析查找资料，培养资料查询以及运用现代信息技术获取相关信息并进行归纳总结的基本能力。

6.与同学讨论，互相学习，提升个人学习能力。

二、课程设计内容1课程设计的内容1.1确定课程设计方向：经过小组成员的商讨，确定了使用c#语言，编写一个对文件进行加密加密的小程序，运用DES算法，实现对文件的加密解密后，再添加一些小的功能，用AES算法，实现对字符串的加密解密。

1.2 查阅资料：通过查找文件加解密的资料以及查阅了相关的加密解密算法，学习了对文件加密解密的基本思路，与实现方法。

1.3界面设程序计：设计一个整体界面，有三个按钮，其中两个分别实现对应文件的加密解密和字符串的加密解密，还有一个退出程序功能按钮。

1.4程序设计：有了思路和方法，接着就借助c#语言分别实现对文件的加密解密，以及对字符串的加密解密小程序。

1.5 后期调试：程序实现后，对其进行调试，发现不合适的地方及时纠正。

1.6完成课程设计：写课程设计报告，完成课程设计。

2原理介绍2.1 DES加密原理DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。

这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。

使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。

DES 使用 16 个循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。

aes程序课程设计

aes程序课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握AES算法的基本原理，理解其加密和解密过程。

2. 使学生了解AES算法的密钥生成、扩展和管理的相关知识。

3. 帮助学生掌握AES算法在不同模式（如ECB、CBC等）下的应用和特点。

技能目标：1. 培养学生运用编程语言（如Python、C等）实现AES算法的能力。

2. 让学生学会分析AES算法的安全性，并能针对实际场景选择合适的加密模式。

3. 提高学生解决加密与解密过程中遇到的实际问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对信息安全领域的兴趣，激发他们主动探索加密技术的热情。

2. 增强学生的团队合作意识，使他们能够在项目实践中相互协作、共同进步。

3. 引导学生树立正确的网络安全观念，认识到保护数据安全的重要性。

课程性质：本课程为计算机科学和信息安全的实践性课程，强调理论与实践相结合，注重培养学生的动手能力和实际应用能力。

学生特点：学生具备一定的编程基础和信息安全知识，对加密技术有一定了解，但可能对AES算法的具体实现和应用不够熟悉。

教学要求：结合学生特点和课程性质，采用案例教学、项目驱动等方法，引导学生通过实践掌握AES算法的相关知识，提高他们在实际场景中解决问题的能力。

同时，注重培养学生的团队合作精神和网络安全意识。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程和实践打下坚实基础。

二、教学内容1. AES算法基本原理：包括AES算法的历史背景、设计目的和基本结构，重点讲解AES算法的轮函数、密钥扩展等核心概念。

相关教材章节：第3章“对称加密算法”中的第2节“AES算法”。

2. AES算法编程实现：通过讲解和示范，让学生学会使用编程语言实现AES算法，涵盖ECB、CBC等模式。

相关教材章节：第4章“AES算法编程实践”中的第1节“AES算法的编程实现”。

3. AES算法安全性分析：分析AES算法的安全性，探讨可能的攻击方法，如暴力破解、字典攻击等，并介绍防范措施。

AES算法加密与解密的设计与实现

AES算法加密与解密的设计与实现AES（Advanced Encryption Standard）算法是一种对称加密算法，用于保护敏感数据的机密性。

它在现代密码学中得到广泛应用，包括数据通信、电子商务、云存储等领域。

AES算法采用分组密码方式进行加密和解密操作，每个分组的大小为128位。

1.密钥长度选择：AES算法支持三种不同密钥长度，即128位、192位和256位。

在实际应用中，可以根据安全要求选择合适的密钥长度。

较长的密钥长度提供更高的安全性，但也增加了算法的复杂性和计算成本。

2.分组密码结构：AES算法使用分组密码的方式进行加密和解密操作。

它采用了倒序灵活的区块结构，包括初始轮、重复轮和最终轮。

初始轮包括密钥加扩展和初始轮变换两个步骤；重复轮包括轮变换和混合列变换两个步骤；最终轮只包括最终轮变换。

3.轮变换操作：轮变换是AES算法中最重要的操作之一、它包括字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加四个步骤。

字节替换使用S盒进行，行移位将每一行进行循环左移，列混淆使用由数学运算构成的矩阵进行线性变换。

轮密钥加将轮密钥与状态矩阵进行异或操作。

4.密钥扩展：AES算法中的密钥扩展操作是为了生成扩展密钥以供每一轮的轮密钥加使用。

密钥扩展包括密钥调度、密钥块扩展和轮密钥生成三个步骤。

密钥调度使用密钥排列算法生成每个轮的轮密钥，密钥块扩展使用字节替换和循环左移操作生成直接生成的扩展密钥。

5.加密与解密过程：AES算法的加密和解密过程是类似的，区别仅在于密钥使用的顺序。

加密过程包括初始轮、重复轮和最终轮三个步骤，解密过程包括解密的初始轮、重复轮和解密的最终轮三个步骤。

解密过程使用逆向的操作进行。

6. 硬件与软件实现：AES算法可以在硬件和软件两个层面上进行实现。

硬件实现可以通过专用的加密芯片来实现，提供了较高的加密性能。

软件实现可以通过编程语言来实现，提供了较高的灵活性和可移植性。

常见的软件实现方式包括C/C++、Java、Python等。

(完整版)密码学毕业课程设计-AES加密解密文档

成都信息工程学院课程设计报告AES加密解密的实现课程名称：应用密码算法程序设计学生姓名：学生学号：专业班级：任课教师：年月日目录1．背景 (1)2.系统设计 (1)2.1系统主要目标 (1)2.2主要软件需求（运行环境） (2)2.3功能模块与系统结构 (2)3 系统功能程序设计 (4)3.1基本要求部分 (4)3.1.1 字节替换 (4)3.1.2行移位 (5)3.1.3列混合 (6)3.1.4密钥加 (6)3.1.5密钥扩展 (7)3.1.6字节替换 (8)3.1.7行移位 (9)3.1.8列混合 (9)3.1.9 加密 (10)3.1.10 解密 (11)4. 测试报告 (12)5．结论 (21)参考文献 (21)1．背景AES，密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。

这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。

经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。

2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

AES 有一个固定的128位的块大小和128，192或256位大小的密钥大小。

该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael之命名之，投稿高级加密标准的甄选流程。

（Rijdael的发音近于"Rhine doll"。

）AES在软体及硬件上都能快速地加解密，相对来说较易于实作,且只需要很少的记忆体。

作为一个新的加密标准,目前正被部署应用到更广大的范围.2.系统设计2.1系统主要目标基本要求部分：1．在深入理解AES加密解密算法理论的基础上，设计一个AES加密解密软件系统；2．完成一个明文分组的加解密，明文和密钥是十六进制，长度都为64比特（16个16进制数），输入明文和密钥，输出密文，进行加密后，能够进行正确的解密；3. 程序运行时，要求输出每一轮使用的密钥，以及每一轮加密或解密之后的16进制表示的值；4. 要求提供所设计系统的报告及完整的软件。

AES算法设计与实现毕业设计

AES算法的实现
编程语言的选择
C语言：高效、简洁，适合底层开发 Python：易学易用，适合快速原型开发 Java：面向对象，适合大型项目开发 JavaScript：前端开发，适合Web应用开发
加密过程的实现
密钥生成：使用密钥生成器生成密钥
解密过程：将密文与密钥进行异或运算，得到明文
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AES算法设计与实现毕业设计
汇报人：
目录
添加目录标题
01
AES算法的实现
04
AES算法概述
毕业设计过程与成果
02
05
AES算法的设计
总结与展望
03
06
添加章节标题
AES算法概述
加密算法简介
AES算法：一种高级加密标准，用于保护数据安全特点：高效、安全、易于实现应用领域：广泛应用于网络通信、数据存储等领域加密过程：包括密钥生成、数据加密、数据解密等步骤
对AES算法的改进建议
提高加密速度：优化算法实现，减少计算量增强安全性：引入新的加密技术，提高抗攻击能力提高灵活性：支持多种加密模式，满足不同应用场景需求优化内存管理：减少收获与不足
收获：掌握了AES算法的原理和实现方法
不足：在实现过程中遇到了一些技术难题，需要进一步学习和研究
密钥更新：定期更新密钥，提高安全性
安全性分析
加密算法：采用对称加密算法，安全性高
加密模式：支持多种加密模式，如 CBC、CFB、OFB等，提高安全性
添加标题
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密钥长度：支持128、192、256 位密钥长度，满足不同安全需求
抗攻击能力：具有较强的抗攻击能力，如抗差分攻击、抗线性攻击等

aes加密课程设计

aes加密课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解AES加密算法的基本概念，掌握其加密过程及原理；2. 使学生了解AES加密算法在我国信息安全领域的应用，认识到数据加密的重要性；3. 引导学生掌握AES加密算法中的密钥生成、轮函数、字节替换等关键环节。

技能目标：1. 培养学生运用编程语言实现AES加密算法的能力；2. 培养学生分析、解决实际加密问题的能力；3. 提高学生团队协作、沟通表达的能力。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对密码学领域的兴趣，培养其探索精神；2. 培养学生严谨、认真的学习态度，养成良好的学习习惯；3. 增强学生的信息安全意识，使其具备保护个人隐私和数据的责任感。

课程性质：本课程为信息技术学科，以实践操作为主，注重培养学生的动手能力和实际应用能力。

学生特点：六年级学生具有一定的信息技术基础，对新鲜事物充满好奇，具备一定的编程能力。

教学要求：结合学生特点，采用任务驱动法、分组合作法等教学方法，注重理论与实践相结合，提高学生的综合能力。

在教学过程中，关注学生的学习进度，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。

通过本课程的学习，使学生能够独立完成AES加密算法的实现，并具备解决实际加密问题的能力。

二、教学内容1. AES加密算法概述：介绍AES加密算法的发展背景、基本原理和在我国信息安全领域的应用。

- 教材章节：第三章密码学基础- 内容：AES加密算法的历史、加密过程、密钥生成等。

2. AES加密算法的数学基础：讲解AES加密算法中所涉及的数学知识，如有限域、模运算等。

- 教材章节：第三章密码学基础- 内容：有限域的定义、性质、模运算规则等。

3. AES加密算法的具体实现：分析AES加密算法的各个步骤，如字节替换、行移位、列混淆、轮密钥加等。

- 教材章节：第四章 AES加密算法- 内容：轮函数的构成、字节替换表、行移位规则、列混淆矩阵等。

4. AES加密算法编程实践：指导学生运用编程语言（如Python）实现AES加密算法。

课程设计_AES加解密软件

西北工业大学专业课程设计题目：_______AES加解密软件_________________学院_________ _______________专业_________信息安全专业_____________学号_ ________姓名____ ___________ ______2014年07月02~13日一、目的AES(Rijndael)密码算法属于对称密码算法，支持128、192或256位密钥，适合批量数据的加解密，是DES、3DES的替代算法，可广泛应用于数据加密存储和网络安全传输应用中，试用C/C++语言（核心代码可用汇编语言）实现支持各种密钥长度的AES算法，对其进行测试和设计优化；在此基础上，使其能够对任何类型的文件进行加密，生成密文文件，也能对指定的密文文件进行解密，得到加密前的明文文件。

二、要求1、用C/C++语言实现AES算法，支持128、192或256位密钥，具有通用性；2、用标准测试向量测试密码算法实现的正确性；3、编写对文件进行加解密的接口函数；4、用不同大小和类型的文件测试密码算法的功能和性能；5、进行优化设计，使其对批量数据的加解密速度尽可能快。

三、设计1．方法(算法)原理及描述1)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。

2)AES加密算法包括字节替换SubBytes()、行移位ShiftRows0、列混合MixColumns0和密钥加AddRoundKey()等函数。

本文只研究分组长度和密钥长度均为128位的情况，记做AES一128。

AES一128算法对状态矩阵进行操作。

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这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。

经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。

2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

AES 有一个固定的128位的块大小和128，192或256位大小的密钥大小。

该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael之命名之，投稿高级加密标准的甄选流程。

（Rijdael的发音近于"Rhine doll"。

）AES在软体及硬件上都能快速地加解密，相对来说较易于实作,且只需要很少的记忆体。

较高要求部分：1.如果明文不止一个分组，程序能完成分组，然后加密；最后一个分组长度不足时要求完成填充；密钥长度不足时能进行填充，过长则自动截取前面部分。

2.密钥采用ASCII码，明文要求输入信息可以是文字（可以是汉字或英文，信息量要求不止一个加密分组长度），任意字符，或者是文本文档，或者普通文件。

进行加密后，能够进行正确的解密；3.程序代码有比较好的结构，模块划分合理，如用类进行封装，通过调用类的成员函数实现加密解密功能，函数的参数及返回值设置合理等；4.界面友好，程序实现有新意。

2.2主要软件需求（运行环境）本软件适用VC语言编写，编译成功后的EXE文件可以在装有windows系统的任何计算机上使用。

测试平台：Windows XP Professional使用软件：Visual C++ 6.02.3功能模块与系统结构主要功能模块如下：1.字节替换SubByte2.行移位ShiftRow3.列混合MixColumn4.轮密钥加AddRoundKey5.逆字节替换通过逆S盒的映射变换得到6.逆行移位InvShiftRow与加密时的行移位区别在于移位方向相反。

7.逆列混淆加密与解密系统流程图如下所示，3 系统功能程序设计3.1基本要求部分3.1.1 字节替换SubBytes（）变换是一个基于S盒的非线性置换，它用于将输入或中间态的每一个字节通过一个简单的查表操作，将其映射为另一个字节。

映射方法是把输入字节的高四位作为S盒的行值，低四位作为列值，然后取出S盒中对应的行和列的元素作为输出。

unsigned char subbytes(unsigned char state[4][4]){printf("after subbyte:\n"); 取出中间态state映射到S盒中的值赋给中间态statefor(i=0;i<4;i++){for(j=0;j<4;j++)state[i][j]=sbox[state[i][j]]; }for(i=0;i<4;i++) 输出到屏幕显示state{for(j=0;j<4;j++)printf("\t\t%02x ",state[i][j]);printf("\n");}printf("\n");return 0;}3.1.2行移位ShiftRows（）完成基于行的循环移位操作，变换方法是第0行不动，第一行循环左移一个字节，第二位循环左移两个字节，第三行循环左移三个字节。

unsigned char shiftrows(unsigned char state[4][4]){printf("after shiftrows:\n"); 在中间态的行上，k=state[1][0]; 第0行不变state[1][0]=state[1][1]; 第一行循环左移一个字节state[1][1]=state[1][2]; 第二行循环左移两个字节state[1][2]=state[1][3]; 第三行循环左移三个字节state[1][3]=k;k=state[2][0];state[2][0]=state[2][2];state[2][2]=k;k=state[2][1];state[2][1]=state[2][3];state[2][3]=k;k=state[3][0];state[3][0]=state[3][3];state[3][3]=state[3][2];state[3][2]=state[3][1];state[3][1]=k;for(i=0;i<4;i++) 输出到屏幕显示state {for(j=0;j<4;j++)printf("\t\t%02x ",state[i][j]);printf("\n");}printf("\n");return 0;}3.1.3列混合MixColumns（）实现逐列混合，方法是s’(x)=c(x)*s(x)mod(x^4+1)unsigned char mixcolumns(unsigned char state[4][4]){ printf("after mixcolumns:\n"); 实现(02 03 01 01) 与中间态state分别相乘后异或得相应值for(i=0;i<4;i++) (01 02 03 01){ (01 01 02 03)k=state[0][i]; (03 01 01 02)temp[0] = state[0][i] ^ state[1][i] ^ state[2][i] ^ state[3][i] ;temp[1] = state[0][i] ^ state[1][i] ; temp[1] = xtime(temp[1]); state[0][i] ^= temp[1] ^ temp[0] ;temp[1] = state[1][i] ^ state[2][i] ; temp[1] = xtime(temp[1]); state[1][i] ^= temp[1] ^ temp[0] ;temp[1] = state[2][i] ^ state[3][i] ; temp[1] = xtime(temp[1]); state[2][i] ^= temp[1] ^ temp[0] ;temp[1] = state[3][i] ^ k ; temp[1] = xtime(temp[1]); state[3][i] ^= temp[1] ^ temp[0] ;}for(i=0;i<4;i++) 输出到屏幕显示state {for(j=0;j<4;j++)printf("\t\t%02x ",state[i][j]);printf("\n");}printf("\n");return 0;}3.1.4轮密钥加AddRoundKey()用于将输入或中间态S的每一列与一个密钥字ki进行按位异或，每一个轮密钥由Nb个字组成。

unsigned char addroundkey(unsigned char state[4][4],unsigned char w[4][4]) { printf("addroundkey %d:\n",round++);将中间态state中的每一列与一个密钥字(w[4][4]中的一列)进行按位异或for(i=0;i<4;i++) 完了又赋值给state{for(j=0;j<4;j++)state[i][j]^=w[i][j];}for(i=0;i<4;i++) 输出到屏幕显示出来state{for(j=0;j<4;j++)printf("\t\t%02x ",state[i][j]);printf("\n");}printf("\n");return 0;}3.1.5密钥扩展通过生成器产生Nr+1个轮密钥，每个轮密钥由Nb个字组成，共有Nb（Nr+1）个字。

在加密过程中，需要Nr+1个轮密钥，需要构造4（Nr+1）个32位字。

首先将输入的4个字节直接复制到扩展密钥数组的前4个字中，得到W[0],W[1],W[2],W[3];然后每次用4个字填充扩展密钥数余下的部分。

keyexpandprintf("after keyexpand:\n");for(i=4;i<8;i++){if(i%4==0){ rotword[0]=w[1][i-1];rotword[1]=w[2][i-1];rotword[2]=w[3][i-1];rotword[3]=w[0][i-1];printf("rotword():");for(j=0;j<4;j++) printf("%02x ",rotword[j]);for(j=0;j<4;j++)subword[j]=sbox[rotword[j]];printf("\nsubword():");for(j=0;j<4;j++) printf("%02x ",subword[j]); printf("\n\n");for(j=0;j<4;j++)rcon[j]=subword[j]^ Rcon[N][j] ;printf("after ^Rcon():");for(j=0;j<4;j++) printf("%02x ",rcon[j]); printf("\n\n");for(j=0;j<4;j++)w[j][i%4]=rcon[j]^ w[j][i-4] ;printf("w[%d] :",count);for(j=0;j<4;j++) printf(" %02x ",w[j][i%4]) ;count++;}else{for(j=0;j<4;j++)w[j][i%4]=w[j][i%4]^w[j][(i%4)-1];printf("w[%d] :",count);for(j=0;j<4;j++) printf(" %02x ",w[j][i%4]);count++;}printf("\n\n");}printf("密钥扩展Round key:\n");for(i=0;i<4;i++){for(j=0;j<4;j++) printf("\t\t%02x ",w[i][j]);printf("\n");}printf("\n");3.1.6逆字节替换与字节代替类似，逆字节代替基于逆S盒实现。