第5章 高级加密标准AES
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基于FPGA的高级加密标准AES设计与实现【摘要】确保网络与通信安全的最重要的工具就是加密,对称加密中又以AES加密算法最为重要,目前已成为标准,研究AES加密算法对于防范信息安全泄密具有重要意义。
本文对AES加密算法做简单的介绍,并利用硬件描述语言进行设计,设计采用流水线的思想,AES-128算法共有10轮,在每一轮之间都插入流水线寄存器,提高系统工作频率,最终下载到FPGA芯片CycloneIII系列的EP3C120F484I7器件中,经验证功能正确。
【关键词】AES;流水线;状态矩阵;FPGAAbstract:The most important tool to encrypt the security of networks and communications,is the symmetric encryption algorithm,AES is the Advanced Encryption Standard,which is now the most famous Symmetric encryption algorithm,it is meaningful to research this algorithm.This paper introduces the principle of AES encryption algorithm and the detailed description of the FPGA implementation,to make the optimization to achieve the best speed,the design of the state are designed by pipeline technology.we used the hardware description language to design each modules,fianly examed in the FPGA chip of CycloneIII EP3C120F484I7.Keywords:AES;pipelines;state;FPGA1.前言现如今,信息安全一直都是热门话题,而密码学又是信息安全的重要组成部分,研究密码学具有重要意义。
AES⾼级加密标准简析1 AES⾼级加密标准简介1.1 概述 ⾼级加密标准(英语:Advanced Encryption Standard,缩写:AES),在中⼜称Rijndael加密法,是采⽤的⼀种区块加密标准。
这个标准⽤来替代原先的,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(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。
1.2 发展历史 1997年4⽉15⽇,美国ANSI发起征集AES(advanced encryption standard)的活动,并为此成⽴了AES⼯作⼩组。
1997年9⽉12⽇,美国联邦登记处公布了正式征集AES候选算法的通告。
对AES的基本要求是:⽐三重DES快、⾄少与三重DES⼀样安全、数据分组长度为128⽐特、密钥长度为128/192/256⽐特。
1998年8⽉12⽇,在⾸届AES候选会议(first AES candidate conference)上公布了AES的15个候选算法,任由全世界各机构和个⼈攻击和评论。
1999年3⽉,在第2届AES候选会议(second AES candidate conference)上经过对全球各密码机构和个⼈对候选算法分析结果的讨论,从15个候选算法中选出了5个。
分别是RC6、Rijndael、SERPENT、Twofish和MARS。
2000年4⽉13⽇⾄14⽇,召开了第3届AES候选会议(third AES candidate conference),继续对最后5个候选算法进⾏讨论。
2000年10⽉2⽇,NIST宣布Rijndael作为新的AES。
经过3年多的讨论,Rijndael终于脱颖⽽出。
Rijndael由⽐利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen设计。
3.1AES的设计。
AES分组密码接受一个128位的明文,并且在一个128、192或者256位密钥的控制下产生一个128位的密文。
它是一个替代-置换网络的设计,并且带有一个称为轮的步骤的集合,其中轮数可以为9、11或者13(对应于128、192或者256位的密钥)。
AES的设计文档的下载地址是:/publications/fips/fips197/fips-197.pdf。
3.2AES的工作模式。
如果分组密码把明文分组后,对每个分组各自加密后合成密文。
这样就会产生一个问题,就是如果两个地方出现相同的明文分组,它们将被加密为相同的密文。
而如果相同的明文分组被多次加密成相同的密文的话它就会泄露信息。
理论上制作一个包含明文和其他相对应的密文的密码本是可能的。
同时,加密算法应用的复杂性,有的强调效率,有的强调安全,有的强调容错性。
基于这些事实,我们需要一些分组密码的工作模式来适应不同的状况。
常用的分组密码工作模式有电码本模式(Electronic Codebook, ECB)、密码分组链接(Cipher Block Chaining, CBC)、输出反馈(Output Feedback, OFB)、密文反馈(Ciphertext Feedback, CFB)和计数器模式(Counter Mode, CTR)。
3.2.1电码本模式(Electronic Codebook, ECB)直接用分组密码对明文的分组进行加密。
也就是上面所说的会出现相同的明文多次被直接加密而无法实现保密性。
它只适用于发送少数量的分组数据,而且明文是密码分组大小的某个倍数。
3.2.2密码分组链接(Cipher Block Chaining, CBC)为了解决ECB的问题,我们希望设计一个技术可以使得当同一个明文分组重复出现时产生不同的密文分组。
一种做到这一点的简单方法是密码分组链接CBC 方式:前一个分组的加密结果被反馈到当前分组的加密中,换句话说,每一个分组被用来修改下一个分组的加密。
国标aes加密算法国标AES加密算法AES(Advanced Encryption Standard),即高级加密标准,是一种对称加密算法。
它是由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen共同设计开发的,是目前最流行和广泛应用的加密算法之一。
AES算法已被美国国家标准与技术研究所(NIST)采用为其推荐的加密算法。
AES算法采用分组密码的方式,每个分组的大小为128位。
它使用了一个称为Rijndael的分组密码算法来进行加密和解密操作。
AES 算法支持三种不同的密钥长度,分别为128位、192位和256位。
这些密钥长度分别对应着AES-128、AES-192和AES-256。
AES算法的加密过程中,首先需要将明文分组进行初始化,然后根据密钥进行轮密钥加操作,接着进行若干轮的SubBytes、ShiftRows、MixColumns和AddRoundKey四种基本操作的组合,最后在最后一轮中不进行MixColumns操作,而是进行SubBytes、ShiftRows和AddRoundKey操作。
在加密过程中,每一轮的操作都是固定不变的。
AES算法的解密过程与加密过程类似,只是在解密过程中需要对密文的每一轮操作进行逆操作。
这样,只要密钥正确,就可以成功解密出原始的明文。
AES算法在安全性方面有着很高的保证。
它的密钥长度越长,破解难度就越大。
AES-128被认为是安全的,AES-192和AES-256则更为安全。
此外,AES算法的结构设计也使其具有较高的抗攻击性,如抗差分攻击、线性攻击和差分攻击等。
由于AES算法的高效性和安全性,它被广泛应用于各个领域。
在网络通信中,AES算法可以用来加密敏感数据,保护用户的隐私。
在金融行业,AES算法可以用来保护交易数据的机密性。
在物联网领域,AES算法可以用来加密传感器数据,防止数据泄露。
在云计算中,AES算法可以用来加密存储在云端的数据,保护用户的数据安全。
加密它:用新的高级加密标准(AES)保持你的数据安全James McCaffrey 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。
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 15192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 23Figure 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。
aes高级加密标准用途
AES(Advanced Encryption Standard)高级加密标准是一种对称
加密算法,用于保护敏感数据的机密性和完整性。
它的主要用途包括:
1. 数据加密:AES 可用于对敏感数据进行加密,例如金融交易、
医疗记录、个人身份信息等,以确保只有授权方能够解密和访问数据。
2. 网络通信:AES 常用于网络通信中的加密,例如 Wi-Fi 网络、VPN 连接等,以保护通信内容不被窃听和篡改。
3. 移动设备:AES 可用于移动设备上的数据加密,例如智能手机、平板电脑等,以保护设备上存储的敏感数据。
4. 云计算:AES 可用于云计算环境中的数据加密,例如云存储、
云数据库等,以确保云服务提供商无法访问用户的数据。
5. 物联网:AES 可用于物联网设备之间的通信加密,例如智能家居、智能穿戴设备等,以保护设备之间传输的数据安全。
AES 高级加密标准是一种广泛应用的加密算法,用于保护敏感数据的机密性和完整性,确保数据在传输和存储过程中的安全性。