(完整版)密码学毕业课程设计-AES加密解密文档

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（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。

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。

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。

AES加密和解密⽂件using System;using System.IO;using System.Security;using System.Security.Cryptography;using System.Runtime.InteropServices;using System.Text;namespace CSEncryptDecrypt{class Class1{// Call this function to remove the key from memory after use for security[System.Runtime.InteropServices.DllImport("KERNEL32.DLL", EntryPoint="RtlZeroMemory")]public static extern bool ZeroMemory(IntPtr Destination, int Length);// Function to Generate a 64 bits Key.static string GenerateKey(){// Create an instance of Symetric Algorithm. Key and IV is generated automatically.DESCryptoServiceProvider desCrypto =(DESCryptoServiceProvider)DESCryptoServiceProvider.Create(); // Use the Automatically generated key for Encryption.return ASCIIEncoding.ASCII.GetString(desCrypto.Key);}static void EncryptFile(string sInputFilename,string sOutputFilename,string sKey){FileStream fsInput = new FileStream(sInputFilename,FileMode.Open,FileAccess.Read);FileStream fsEncrypted = new FileStream(sOutputFilename,FileMode.Create,FileAccess.Write);DESCryptoServiceProvider DES = new DESCryptoServiceProvider();DES.Key = ASCIIEncoding.ASCII.GetBytes(sKey);DES.IV = ASCIIEncoding.ASCII.GetBytes(sKey);ICryptoTransform desencrypt = DES.CreateEncryptor();CryptoStream cryptostream = new CryptoStream(fsEncrypted,desencrypt,CryptoStreamMode.Write);byte[] bytearrayinput = new byte[fsInput.Length];fsInput.Read(bytearrayinput, 0, bytearrayinput.Length);cryptostream.Write(bytearrayinput, 0, bytearrayinput.Length);cryptostream.Close();fsInput.Close();fsEncrypted.Close();}static void DecryptFile(string sInputFilename,string sOutputFilename,string sKey){DESCryptoServiceProvider DES = new DESCryptoServiceProvider();//A 64 bit key and IV is required for this provider.//Set secret key For DES algorithm.DES.Key = ASCIIEncoding.ASCII.GetBytes(sKey);//Set initialization vector.DES.IV = ASCIIEncoding.ASCII.GetBytes(sKey);//Create a file stream to read the encrypted file back.FileStream fsread = new FileStream(sInputFilename,FileMode.Open,FileAccess.Read);//Create a DES decryptor from the DES instance.ICryptoTransform desdecrypt = DES.CreateDecryptor();//Create crypto stream set to read and do a//DES decryption transform on incoming bytes.CryptoStream cryptostreamDecr = new CryptoStream(fsread,desdecrypt,CryptoStreamMode.Read);//Print the contents of the decrypted file.StreamWriter fsDecrypted = new StreamWriter(sOutputFilename);fsDecrypted.Write(new StreamReader(cryptostreamDecr).ReadToEnd());fsDecrypted.Flush();fsDecrypted.Close();}static void Main(){// Must be 64 bits, 8 bytes.// Distribute this key to the user who will decrypt this file.string sSecretKey;// Get the Key for the file to Encrypt.sSecretKey = GenerateKey();// For additional security Pin the key.GCHandle gch = GCHandle.Alloc( sSecretKey,GCHandleType.Pinned );// Encrypt the file.EncryptFile(@"C:\MyData.txt",@"C:\Encrypted.txt",sSecretKey);// Decrypt the file.DecryptFile(@"C:\Encrypted.txt",@"C:\Decrypted.txt",sSecretKey);// Remove the Key from memory.ZeroMemory(gch.AddrOfPinnedObject(), sSecretKey.Length * 2);gch.Free();}}}----------------------------------------------------------------------------------------------------------⼤⽂件分块加密和解密using System.Text;using System.Collections;using ponentModel;using System.Data;using ;using .Sockets;using System.Threading;using System.IO;using System.Security.Cryptography;namespace VideoEncrypt{class Program{static void Main(string[] args){RijndaelManaged rij = new RijndaelManaged();rij.KeySize = 128;string fp = @"E://friends//3//3.mkv";string sPhysicalFilePath = @"E://friends//3//o3.mkv";string fw = @"E://friends//3//dd3.mkv";Console.WriteLine("Encrypting begin...");encryption(rij, fp, sPhysicalFilePath);decryption(rij,sPhysicalFilePath,fw);}//⽤于加密的函数public static void encryption(RijndaelManaged rij,string readfile, string writefile){try{byte[] key = rij.Key;byte[] iv = rij.IV;byte[] buffer = new byte[4096];Rijndael crypt = Rijndael.Create();ICryptoTransform transform = crypt.CreateEncryptor(key, iv);//写进⽂件FileStream fswrite = new FileStream(writefile, FileMode.Create);CryptoStream cs = new CryptoStream(fswrite, transform, CryptoStreamMode.Write); //打开⽂件FileStream fsread = new FileStream(readfile, FileMode.Open);int length;//while ((length = fsread.ReadByte()) != -1)//cs.WriteByte((byte)length);while ((length = fsread.Read(buffer, 0, 4096)) > 0)cs.Write(buffer, 0, (int)length);fsread.Close();cs.Close();fswrite.Close();Console.WriteLine("Encrypt Success");}catch (Exception e){Console.WriteLine("Encrypt Faile"+e.ToString());}}//⽤于解密的函数public static void decryption(RijndaelManaged rij, string readfile, string writefile){try{byte[] key = rij.Key;byte[] iv = rij.IV;byte[] buffer=new byte[4096];Rijndael crypt = Rijndael.Create();ICryptoTransform transform = crypt.CreateDecryptor(key, iv);//读取加密后的⽂件FileStream fsopen = new FileStream(readfile, FileMode.Open);CryptoStream cs = new CryptoStream(fsopen, transform, CryptoStreamMode.Read); //把解密后的结果写进⽂件FileStream fswrite = new FileStream(writefile, FileMode.OpenOrCreate);int length;//while ((length = cs.ReadByte()) != -1)//fswrite.WriteByte((byte)length);while ((length = cs.Read(buffer, 0, 4096)) > 0)fswrite.Write(buffer, 0, (int)length);fswrite.Close();cs.Close();fsopen.Close();Console.WriteLine("Decrypt Success");}catch (Exception e){Console.WriteLine("Decrypt Failed"+e.ToString());}}}}。

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）。