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AES算法加密解密原理及其编程实现

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for (int round = 1; round <= (Nr - 1); round++) //前(Nr-1)轮 { SubBytes(); ShiftRows(); MixColumns(); //S 盒变换 //行移位变换 //列混淆变换
ห้องสมุดไป่ตู้
AddRoundKey(round); //轮密钥加变换 } //最后一轮没有列混淆变换 SubBytes(); ShiftRows(); AddRoundKey(Nr); for (i = 0; i < (4 * Nb); i++) { //S 盒变换 //行移位变换 //轮密钥加变换 //这里的输出是一列一列的，与输入时按列 //输入格式相同 output[i] = State[i % 4][ i / 4];//加密后的输出 } } /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //解密函数 InvCipher(unsigned char* input, unsigned char* output) {
the encryption and decryption of AES algorithm and it’s implementation
ZHANG Minrui1 SU Chuxu1,2 Li Han2 (1. college of communication and information engineering, xi’an university of science and technology, xi’an shaanxi, 710054; 2. Shaanxi Westland Industial Automation Limited Company, xi’an shaanxi,710072) Abstract: AES is advanced encryption standard algorithm in the United States, it will substitute for DES in various fields in the coming decades. Based on the study of principle of AES, the whole encryption and decryption process is introduced in detail. Finally illustrated part of the core code of AES algorithm, and realized AES encryption and decryption in VC + + integrated development environment. Key words: AES;DES; encryption;VC++
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(2) 逆行移位变换 与行移位变换相反，逆行移位变换将态 State 的后三行按相反的方向进行移 位操作，即第 0 行保持不变，第 1 行向右移 1 个字节，第 2 行向右移 2 个字节， 第 3 行向右移 3 个字节。 (3) 逆列混淆变换 逆列混淆变换的处理方法与列混淆变换类似， 每一列都通过与一个固定的多 项相乘进行变换。 写为矩阵乘法的形式，逆列混淆变换按以下方式对列进行变换：
AES 算法加密解密原理及其编程实现
张敏瑞 1 苏初旭 1,2 李寒 2 （1. 西安科技大学通信与信息工程学院 自动化有限公司 陕西 西安 710072） 陕西 西安 710054; 2. 陕西威蓝工业
摘要： AES(Advanced Encryption Standard)是美国高级加密标准算法，将在未来 几十年里代替 DES(Data Encryption Standard)在各个领域中的应用。本文在研究 分析 AES 加密解密算法原理的基础上，着重介绍了加密解密整个过程。最后说 明了 AES 算法的部分核心代码，并利用 VC++集成开发环境完整地实现 AES 加 密和解密。 关键词：AES;DES；加密；VC++ 中图分类号:TP309 文献标识码:A
' s0, 0E 0B 0D 09 s0,c c ' s1,c 09 0E 0B 0D s1,c ' s2, 0D 09 0E 0B s2,c c ' s3,c 0B 0D 09 0E s3,c
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盒变换、轮密钥加变换和逆列混淆变换；结尾轮与前 Nr-1 轮相比去掉了逆列混 淆变换。 AES 算法的加密解密过程如图 1 所示：
图 1 AES 加密解密流程
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2.1 加密过程基本变换 (1) S 盒变换 S 盒变换是一个基于 S 盒的非线性置换， 它用于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 4 位作为 S 盒的行值，低 4 位作为列值，然后取出 S 盒中对应行和列的元素 作为输出。例如，输入为“89”(十六进制)的值所对应的 S 盒的行值为“8” ，列 值为“9” ，S 盒中相应位置的值为“a7” ，就说明“89”被映射为“87” 。 (2) 列混淆变换 列混淆变换实现逐列混淆，其方法是：
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//加密函数 //解密函数 //轮密钥加变换函数 //S 盒变换函数 //逆 S 盒变换函数 //行移位变换函数 //逆行移位变换函数 //列混淆变换函数 //逆列混淆变换函数
//加密函数 Cipher(unsigned char* input, unsigned char* output) { memset(&State[0][0],0,16); //先给状态初始值赋 0 for(int i=0;i<4*Nb;i++) { //这里是先写列后写行的，即输入是一列一列的 //如果输入换成先写行后写列也是可以的， 只要在 State[i%4][i/4]=input[i]; //输出时也这样就可以了 } AddRoundKey(0); //起始时轮密钥加变换
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memset(&State[0][0],0,16); //先给状态初始值赋 0 for (int i = 0; i < (4 * Nb); i++) //这里是先写列后写行的，即输入是一列一列的 { State[i % 4][ i / 4] = input[i]; } AddRoundKey(Nr); //轮密钥加变换
03 01 01 s0,c s 02 03 01 1,c 01 02 03 s2,c 01 01 02 s3,c
(3) 行移位变换 行移位变换完成基于行的循环移位操作， 即行移位变换的作用在中间态的行 上，第 0 行不动，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。 (4) 轮密钥加变换 轮密钥加变换用于将输入或中间态 S 的每一列与一个密钥字 W[i]进行按位 异或，其中， W [i ](i 0,1, , 4( N r 1) 1) 由原始密钥通过密钥扩展算法产生。 2.2 解密过程基本变换 解密过程是加密的逆过程，S 盒变换、行移位变换、列混淆变换都要进行求 逆变换，即逆 S 盒变换、逆行移位变换、逆列混淆变换。而轮密钥加变换与加密 过程相同。 (1) 逆 S 盒变换 与 S 盒变换类似，逆 S 盒变换是基于逆 S 盒实现的。
for (int round = Nr-1; round >= 1; round--) //前(Nr-1)轮 { InvShiftRows(); InvSubBytes(); AddRoundKey(round); InvMixColumns(); } //最后一轮没有逆列混淆变换 InvShiftRows(); InvSubBytes(); AddRoundKey(0); //逆行移位变换 //逆 S 盒变换 //轮密钥加变换 //逆行位移变换 //逆 S 盒变换 //轮密钥加变换 //逆列混淆变换
s ' ( x ) c ( x ) s ( x ) mod( x 4 1)
其中， c( x) {03} x 3 {01} x 2 {01} x {02} ，{x}内的数表示是字节。 用矩阵表示为
' s0, 02 c ' s1,c 01 ' s2, 01 c ' s3,c 03
2.3 密钥扩展算法 AES 加密解密过程中，每一轮都需要一个与输入分组具有相同长度的扩展 密钥 W[i]的参与。由于外部输入的加密密钥长度有限,所以在算法中要用一个密 钥扩展程序把外部密钥扩展成更长的比特串,以生成各轮的加密和解密密钥。 通过生成器产生 Nr+1 轮轮密钥， 每个轮密钥由 Nb 个字组成， 共有 Nb(Nr+1) 个字 W[i]，i=0,1，……，Nb(Nr+1)-1。
表1 Key-Block-Round 关系
密钥长度 (Nk words) 4 6 8
分组长度 (Nb words) 4 4 4
轮数 (Nr) 10 12 14
对于加密和解密变换，AES 算法使用的轮函数由 4 个不同的以字节为基本 单位的变换复合而成，该过程由四个不同的阶段组成[3]： (1)S 盒变换，用一个 S 盒完成分组中的按字节代替； (2)行移位变换，一个 简单的置换；(3)列混淆变换，一个利用在域 GF(28) 上的算术性的代替；(4)轮密 钥加变换，一个利用当前分组和扩展密钥的一个部分进行按位异或。 AES 对数据的加密过程是通过把输入的明文和密钥由轮函数经 Nr 轮迭代来 实现的，结尾轮与前 Nr-1 轮不同。前 Nr-1 轮依次进行 S 盒变换、行移位变换、 列混淆变换和轮密钥加变换；结尾轮与前 Nr-1 轮相比去掉了列混淆变换。 而解密过程与加密过程相反，通过把输入的密文和密钥由轮函数经 Nr 轮迭 代来实现的，结尾轮与前 Nr-1 轮不同。前 Nr-1 轮依次进行逆行移位变换、逆 S

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AES算法加解密原理及安全性分析

AES算法加解密原理及安全性分析

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）。

JAVA实现AES的加密和解密算法

JAVA实现AES的加密和解密算法

JAVA实现AES的加密和解密算法AES（高级加密标准）是一种对称加密算法，可以通过Java的javax.crypto库来实现。

下面我们将介绍一种基于Java的AES加密和解密算法的实现方法。

1.导入所需的包在Java中使用AES加密和解密算法需要导入以下两个包：```import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;```2.创建加密和解密函数首先，我们需要创建加密函数和解密函数。

加密函数将输入的明文数据加密为密文，解密函数将输入的密文数据解密为明文。

```javaprivate static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] data) throws ExceptionSecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);return cipher.doFinal(data);private static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] encryptedData) throws ExceptionSecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);return cipher.doFinal(encryptedData);```3.测试加密和解密函数为了验证加密和解密函数的正确性，我们可以创建一个测试函数来测试它们。

AES算法C语言讲解与实现

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。

AES加密算法（C++实现,附源码）

AES加密算法（C++实现,附源码）

AES加密算法（C++实现,附源码）原创作品，转载请注明出⾃博客地址：本⽂地址：快毕业了，最后⼀个课程设计，《基于Windows Socket的安全通信》，内容就是基于AES加密的SOCKET通信，貌似挺简单，不过要⽤VC++6.0开发，C++我确实没有任何代码经验，虽然不是强制性，但由于机房⾥各种纠结，只能⽤它了（⽤Java没有挑战性，封装得太好了...也算熟悉下VC++吧）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(x 8+x 4+x 2+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12345678910111213141516171819unsigned char sBox[] ={ /* 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f */0x63,0x7c,0x77,0x7b,0xf2,0x6b,0x6f,0xc5,0x30,0x01,0x67,0x2b,0xfe,0xd7,0xab,0x76, /*0*/0xca,0x82,0xc9,0x7d,0xfa,0x59,0x47,0xf0,0xad,0xd4,0xa2,0xaf,0x9c,0xa4,0x72,0xc0, /*1*/0xb7,0xfd,0x93,0x26,0x36,0x3f,0xf7,0xcc,0x34,0xa5,0xe5,0xf1,0x71,0xd8,0x31,0x15, /*2*/ 0x04,0xc7,0x23,0xc3,0x18,0x96,0x05,0x9a,0x07,0x12,0x80,0xe2,0xeb,0x27,0xb2,0x75, /*3*/ 0x09,0x83,0x2c,0x1a,0x1b,0x6e,0x5a,0xa0,0x52,0x3b,0xd6,0xb3,0x29,0xe3,0x2f,0x84, /*4*/0x53,0xd1,0x00,0xed,0x20,0xfc,0xb1,0x5b,0x6a,0xcb,0xbe,0x39,0x4a,0x4c,0x58,0xcf, /*5*/0xd0,0xef,0xaa,0xfb,0x43,0x4d,0x33,0x85,0x45,0xf9,0x02,0x7f,0x50,0x3c,0x9f,0xa8, /*6*/0x51,0xa3,0x40,0x8f,0x92,0x9d,0x38,0xf5,0xbc,0xb6,0xda,0x21,0x10,0xff,0xf3,0xd2, /*7*/0xcd,0x0c,0x13,0xec,0x5f,0x97,0x44,0x17,0xc4,0xa7,0x7e,0x3d,0x64,0x5d,0x19,0x73, /*8*/ 0x60,0x81,0x4f,0xdc,0x22,0x2a,0x90,0x88,0x46,0xee,0xb8,0x14,0xde,0x5e,0x0b,0xdb, /*9*/ 0xe0,0x32,0x3a,0x0a,0x49,0x06,0x24,0x5c,0xc2,0xd3,0xac,0x62,0x91,0x95,0xe4,0x79, /*a*/0xe7,0xc8,0x37,0x6d,0x8d,0xd5,0x4e,0xa9,0x6c,0x56,0xf4,0xea,0x65,0x7a,0xae,0x08, /*b*/0xba,0x78,0x25,0x2e,0x1c,0xa6,0xb4,0xc6,0xe8,0xdd,0x74,0x1f,0x4b,0xbd,0x8b,0x8a, /*c*/0x70,0x3e,0xb5,0x66,0x48,0x03,0xf6,0x0e,0x61,0x35,0x57,0xb9,0x86,0xc1,0x1d,0x9e, /*d*/ 0xe1,0xf8,0x98,0x11,0x69,0xd9,0x8e,0x94,0x9b,0x1e,0x87,0xe9,0xce,0x55,0x28,0xdf, /*e*/ 0x8c,0xa1,0x89,0x0d,0xbf,0xe6,0x42,0x68,0x41,0x99,0x2d,0x0f,0xb0,0x54,0xbb,0x16 /*f*/};下⾯是逆置换表，解密时使⽤12345678*********unsigned char invsBox[256] ={ /* 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f */0x52,0x09,0x6a,0xd5,0x30,0x36,0xa5,0x38,0xbf,0x40,0xa3,0x9e,0x81,0xf3,0xd7,0xfb, /*0*/ 0x7c,0xe3,0x39,0x82,0x9b,0x2f,0xff,0x87,0x34,0x8e,0x43,0x44,0xc4,0xde,0xe9,0xcb, /*1*/ 0x54,0x7b,0x94,0x32,0xa6,0xc2,0x23,0x3d,0xee,0x4c,0x95,0x0b,0x42,0xfa,0xc3,0x4e, /*2*/0x08,0x2e,0xa1,0x66,0x28,0xd9,0x24,0xb2,0x76,0x5b,0xa2,0x49,0x6d,0x8b,0xd1,0x25, /*3*/0x72,0xf8,0xf6,0x64,0x86,0x68,0x98,0x16,0xd4,0xa4,0x5c,0xcc,0x5d,0x65,0xb6,0x92, /*4*/0x6c,0x70,0x48,0x50,0xfd,0xed,0xb9,0xda,0x5e,0x15,0x46,0x57,0xa7,0x8d,0x9d,0x84, /*5*/ 0x90,0xd8,0xab,0x00,0x8c,0xbc,0xd3,0x0a,0xf7,0xe4,0x58,0x05,0xb8,0xb3,0x45,0x06, /*6*/ 0xd0,0x2c,0x1e,0x8f,0xca,0x3f,0x0f,0x02,0xc1,0xaf,0xbd,0x03,0x01,0x13,0x8a,0x6b, /*7*/ 0x3a,0x91,0x11,0x41,0x4f,0x67,0xdc,0xea,0x97,0xf2,0xcf,0xce,0xf0,0xb4,0xe6,0x73, /*8*/0x96,0xac,0x74,0x22,0xe7,0xad,0x35,0x85,0xe2,0xf9,0x37,0xe8,0x1c,0x75,0xdf,0x6e, /*9*/0x47,0xf1,0x1a,0x71,0x1d,0x29,0xc5,0x89,0x6f,0xb7,0x62,0x0e,0xaa,0x18,0xbe,0x1b, /*a*/ 0xfc,0x56,0x3e,0x4b,0xc6,0xd2,0x79,0x20,0x9a,0xdb,0xc0,0xfe,0x78,0xcd,0x5a,0xf4, /*b*/14 15 16 17 18 19 0x1f,0xdd,0xa8,0x33,0x88,0x07,0xc7,0x31,0xb1,0x12,0x10,0x59,0x27,0x80,0xec,0x5f, /*c*/ 0x60,0x51,0x7f,0xa9,0x19,0xb5,0x4a,0x0d,0x2d,0xe5,0x7a,0x9f,0x93,0xc9,0x9c,0xef, /*d*/ 0xa0,0xe0,0x3b,0x4d,0xae,0x2a,0xf5,0xb0,0xc8,0xeb,0xbb,0x3c,0x83,0x53,0x99,0x61, /*e*/ 0x17,0x2b,0x04,0x7e,0xba,0x77,0xd6,0x26,0xe1,0x69,0x14,0x63,0x55,0x21,0x0c,0x7d /*f*/ };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）12 3 4 5 6 7 8 9 10 11void AES::SubBytes(unsigned char state[][4]) {int r,c;for(r=0; r<4; r++){for(c=0; c<4; c++){state[r][c] = Sbox[state[r][c]];}}}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。