基于Feistel网络的AES密钥扩展算法

feistel结构的密码算法（最新版）目录1.Feistel 结构的密码算法概述2.Feistel 结构的密码算法的基本组成部分3.Feistel 结构的密码算法的工作原理4.Feistel 结构的密码算法的优势和应用5.总结正文【1.Feistel 结构的密码算法概述】Feistel 结构的密码算法是一种对称密钥加密算法，其特点是密钥和明文被分成多个部分，并通过一种特殊的 Feistel 结构进行多轮的置换和替换操作。

这种算法在密码学领域有着广泛的应用，被认为是一种高效且安全的加密方式。

【2.Feistel 结构的密码算法的基本组成部分】Feistel 结构的密码算法主要包括以下五个部分：明文、密文、密钥、置换函数和混淆函数。

其中，明文和密文都是由固定长度的字符或比特组成的，而密钥则用于控制加密过程。

置换函数和混淆函数则是 Feistel 结构的核心部分，用于实现加密算法的多轮置换和替换操作。

【3.Feistel 结构的密码算法的工作原理】Feistel 结构的密码算法的工作原理可以简单地概括为：明文和密钥经过多轮的置换和替换操作，最终生成密文。

在这个过程中，置换函数和混淆函数被反复应用，以实现对明文和密钥的复杂处理。

这种算法的优势在于，它可以在保证加密效果的同时，大大减少计算量和时间复杂度。

【4.Feistel 结构的密码算法的优势和应用】Feistel 结构的密码算法的优势主要体现在其高效性和安全性两个方面。

首先，由于其独特的结构和算法原理，这种算法可以在相对短的时间内完成大量的加密和解密任务。

其次，Feistel 结构的密码算法在设计上考虑了各种可能的攻击方式，并采取了相应的防范措施，因此被认为是一种非常安全的加密方式。

在实际应用中，Feistel 结构的密码算法被广泛用于各种网络通信和数据存储系统中，例如 DES、3DES、AES 等都是基于 Feistel 结构的密码算法设计的。

【5.总结】作为一种高效且安全的对称密钥加密算法，Feistel 结构的密码算法在密码学领域有着广泛的应用。

基于Feistel网络的十进制加密算法崔杰;仲红【摘要】This paper proposes a decimal system encryption algorithm based on Feistel network. Aiming at the characteristics of decimal system operations, four operations are defined in encryption algorithm, two operations are defined in key expansion algorithm and decryption algorithm, and the new decimal system substitution table is designed. The new encryption algorithm is applied to the short-block encryption simulation system, simulation results show that the proposed algorithm has excellent cryptographic properties, all diffusion rate targets reach desired impact, and the diffusion rate of key to ciphertext after 6-round encryption reaches full diffusion. The encryption algorithm can be applied to all areas of decimal system encryption.%提出一种基于Feistel网络的十进制加密算法.针对十进制数运算的特点,在加密算法中定义4种新的运算,在密钥扩展算法和解密算法中定义2种新的运算,并设计十进制S盒.将该算法应用于短分组加密仿真系统中,实验结果表明,该算法具有较好的密码学特性,加解密的各项扩散率指标均较优,经6轮加密后,该算法达到完全扩散.【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2012(038)003【总页数】4页(P22-24,33)【关键词】十进制;Feistel网络;分组密码;扩散率;S盒;密码学【作者】崔杰;仲红【作者单位】安徽大学计算机科学与技术学院,合肥230039;安徽大学计算机科学与技术学院,合肥230039【正文语种】中文【中图分类】TP3091 概述信息安全技术包括加密技术、入侵检测技术、反病毒技术等方面，加密技术是信息安全最主要的安全技术之一。

计算机与现代化2007年第9期J IS UANJ I YU X IANDA IHUA 总第145期文章编号: 100622475 ( 2007) 0920027204基于Feistel网络的AES密钥扩展算法李政(厦门大学计算机科学系,福建厦门361005)摘要: R ijndaes算法被美国国家标准技术研究所(N I ST)定做分组密码标准后,在安全领域得到广泛的应用,幵被随后的NESSIE工程直接吸纳为标准。

但同时,由于AES应用的广泛性和基础性,对其的研究和分析,不可避免地成为一个热点。

本文结合被NESSI E工程所提出的其他的分组密码算法,提出了一种新的密钥扩展算法,该算法基于一种变形的Feistel网络结构,幵在M atlab平台上得以实现。

最后分析和证明了和原有算法相比具有的速度效率和安全性能优势。

关键词: AES; Key Schedule; 分组密码; Feistel网络中图分类号: TP393. 08 文献标识码: AA Novel AES Key Expan sion Ba sed on Fe istel NetworkL I Zheng(Computer Science Departm ent, Xiam en University, Xiam en 361005, China)Abstract: This paper first points out som e AES deficiency that has been found by cryp tolog y researcher and then p resents a new key schedule algorithm fo r AES. The new idea is based on a deform ed Feistel netwo r k structure. It has been realized on Matlab p latform. It is p roved that the new algorthim is safer and quicker than the original algo rithm.Key words:AES; key schedule; cipher block; Feistel network0 引言目前对AES算法的研究和分析,国内主要把注意力集中在AES算法本身的研究以及与其他分组密码算法安全性及抗分析性的比较上。

分组密码AES和SMS4的安全性分析分组密码AES和SMS4的安全性分析随着信息安全的日益重要，分组密码成为保护数据机密性的重要工具。

AES（Advanced Encryption Standard）和SMS4是目前应用较广泛的两种分组密码算法。

本文将对AES和SMS4的安全性进行分析，探讨其在实际应用中的优势和风险。

首先，我们来看AES算法。

AES是一种对称分组密码算法，由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年发布。

AES算法的明文和密文都是128位的数据块，密钥长度可以是128位、192位或256位。

AES算法通过多轮的替代-置换网络（Substitution-Permutation Network，SPN）结构来实现加密和解密过程。

AES采用了四种基础操作：字节代换（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。

AES算法具有高度的安全性和效率，经过了严格的公开评审和广泛的应用测试，被广泛应用于各个领域。

然而，虽然AES算法在实际应用中已被广泛接受和应用，但它并不是完美的。

已有研究表明，AES算法可能存在一些安全风险。

例如，对于AES算法来说，密钥长度越长，安全性越高。

但是，长密钥也带来了计算和存储成本的增加。

此外，一些研究者在论文中提出了一些可行的攻击方法，如Differential Power Analysis（差分功耗攻击）和Side-Channel Attack（侧信道攻击）。

这些攻击方法利用AES算法在不同输入上的能量消耗或其他侧信道信息来推断秘密密钥，从而破解AES算法的安全性。

与AES算法相比，SMS4是中国国家密码管理局发布的一种国家密码标准。

该算法在2012年被中国政府广泛采用，并被ISO/IEC国际标准化组织批准为国际标准。

SMS4算法使用128位密钥和128位数据块长度。

该算法采用了Feistel网络结构，由轮函数、轮密钥扩展和密钥加操作组成。

基于非平衡Feistel结构的加密算法对经典的二维Henon映射的混沌和密码学特性进行了详细的分析，并与传统密码学中广泛使用的Feistel结构进行了比较研究.在此基础上，提出一种新的不平衡的Feistel结构，并设计出一种基于该结构和Henon映射的混沌加密算法。

标签：Feistel结构;加密算法1.Feistel结构概述在传统的对称密码学中，许多分组密码都采用了一种叫做Feistel的结构，如DES、RC5、FEAL、GOST、LOKI等。

Feistel结构把任何函数都转化为一种转换，是一种典型的迭代结构，也是一种乘积形式的密码变换.它能够充分实现扩散与混乱，构成强度很高的密码系统。

用数学式来表达，其第i轮的加密变换为：其中，+表示按位异或，F是轮函数，Ki是第i轮的子密钥，式（1）所描述的是左右长度相同的“平衡Feistel结构”，在加密时，算法将长度为2n比特的明文分组m分为2个长为n比特的部分Lo和R，即nz=Lo Ro，每轮只对Ro进行加密，如DES就是采用的这种结构，考虑加密过程中的扩展置换，DES中需同时处理的长度是48 bit。

采用的是左右长度不同的“非平衡Feistel结构”，分组长度同样为64 bit，但需同时处理的长度却是64 bit.大家知道明文分组长度越大，敌手破译的难度也越大，但计算机能够处理的字的长度却是有限的，又迫使分组的长度不能太长，可见，Feistel结构是影响分组密码算法中分组长度的一个重要因素，制约着分组密码算法的安全性和运行速度，因此，在实践中总是通过仔细设计Feistel结构，使同时处理的字的长度较小，而分组长度却较大。

笔者这里设计出一种不平衡的Feistel结构，实现对较大的明文分组进行加密。

2.混沌系统及其特性分析人类对混沌现象的认识，是非线性科学最重要的成就之一。

经过比较深入的研究，人们发现一个混沌动力学系统的演化具有对初值高度敏感性、伪随机的轨道具有不可预测性、在信息传输过程中呈现连续宽带功率谱的特点.这些特性与密码学中对轮函数、伪随机序列发生器、长周期密钥等的要求非常近似，也正是由于二者有如此多的相似之处，近十年来，混沌动力学系统在通信、密码学中的应用才引起了人们广泛的注意，已发展成为一个非常活跃的研究领域。

aes 密钥扩展算法AES（Advanced Encryption Standard）是一种在计算机和电信领域常用的加密算法，其安全性和高效性受到广泛的认可。

AES 运用了一个名为密钥扩展算法的技术用来产生多个轮密钥，使得每个轮使用不同的轮密钥来加密或解密数据块，从而保护加密数据的安全。

密钥扩展算法的具体实现步骤如下：步骤1：密钥的初始化在使用 AES 加密之前，我们需要确定一个密钥。

这个密钥通常是由密码学家或者数据管理员负责生成，用户可以选择一个密码来生成这个密钥。

对于 AES 算法，密钥的长度可以是 128 位、192 位或256 位中的任意一个。

密钥长度越长，数据的安全性越高，但加密的效率也会降低。

步骤2：密钥扩展在通过步骤1中生成的密钥进行加密前，我们需要使用一个密钥扩展算法生成多个轮密钥。

每个轮密钥都是由初始密钥生成的一组密钥。

密钥扩展算法将初始密钥扩展成一组轮密钥，轮密钥的个数和数据块的长度有关。

步骤3：轮密钥的生成在 AES 算法中，我们可以使用密钥扩展算法来生成多个轮密钥。

使用不同的轮密钥，通过多次相同的变换来加密数据块，这样，就可以在不使用相同轮密钥的情况下保护加密数据的安全。

轮密钥的生成具有如下特点：（1）每个轮密钥的大小都是数据块的大小。

（2）每个轮密钥的最后一个字是一个特殊的字，它用来产生下一个轮密钥。

（3）轮密钥的生成是由后向前进行的。

（4）轮密钥的生成是由 RCPh方法进行的，其中 RCPh 是一个由Rijndael 算法计算的算法。

步骤4：应用轮密钥进行加密在每个加密轮中，使用不同的轮密钥对数据块进行加密。

在加密的过程中，我们需要使用不同的变换函数将数据块的形式进行转换，从而保护数据的安全。

步骤5：加密结果的输出在完成了所有的加密轮后，我们可以得到加密后的数据块。

这个数据块是加密算法的实际输出结果，通常由加密工具或软件完成输出。

综上所述，AES 的密钥扩展算法是保证 AES 算法的安全性和高效性的重要技术之一。

AES算法的研究与其密钥扩展算法改进刘艳萍;李秋慧【摘要】种子密钥是高级加密标准(AES)的关键参量,而密钥扩展算法则是保护种子密钥不被盗取的重要实现方法.首先对加密算法的实现方法与过程进行研究,然后详细分析密钥扩展算法的运算过程,最后针对原有算法存在的安全隐患和破解难度不高的缺点,通过循环移位对密钥扩展算法进行改进,提出一种具有“运算方向单一性”的密钥扩展实现策略;并在Keil环境、12 MHz条件下测试各算法.通过实验结果分析得到,在保证运算速率的前提下,这种新算法可以进一步改善AES算法中种子密钥的安全性,并且没有破坏与加密算法间的同步特性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2016(039)010【总页数】5页(P5-8,13)【关键词】高级加密标准;密钥扩展算法;种子密钥;循环移位【作者】刘艳萍;李秋慧【作者单位】河北工业大学电子信息工程学院,天津 300401;河北工业大学电子信息工程学院,天津 300401【正文语种】中文【中图分类】TN915.08-34;TP391AES（Advanced Encryption Standard）加密算法的原型是由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计的Rijndael加密算法。

AES作为目前安全性最高标准[1]，已在信息安全领域得到广泛的应用。

AES算法是分组密码[2]设计的一种很好的实现方式，分组密码设计是指存在一个算法，可以在密钥的控制下简单而迅速地从一个置换子集中（足够大且足够好）选出一个置换，对当前输入的明文进行加密交换。

Rijndael加密算法设计具有简单性、高效性、对称性、模块性等优点，但是通过研究目前对算法的攻击方法发现，AES采用了扩充种子密钥生成子密钥的方式，密钥扩展算法设计的比较简单，所以具有高效、快速等优点。

而能量攻击[3]和渗透攻击等攻击正是在AES算法中的密钥扩展算法中做文章，来攻击AES加密算法的安全性。

实现AES密钥扩展方案概述AES（Advanced Encryption Standard）是一种常用的对称加密算法，其密钥扩展方案是AES算法中的一个重要部分。

AES密钥扩展方案用于生成AES算法中所需的轮密钥，以便在加解密过程中使用。

本文将介绍如何实现AES密钥扩展方案。

AES算法基本原理在介绍AES密钥扩展方案之前，我们先简要介绍一下AES算法的基本原理。

AES算法是一种分组密码算法，其输入和输出均为128位的数据块。

AES算法使用128位、192位或256位长度的密钥进行加密和解密操作。

AES算法将输入数据块进行初始的轮密钥加操作，然后进行多轮的轮变换操作。

每一轮的轮变换由四个基本操作构成：字节替代变换（SubBytes）、行移位变换（ShiftRows）、列混合变换（MixColumns）和轮密钥加变换（AddRoundKey）。

轮密钥加变换是AES算法的关键步骤之一。

每一轮的轮密钥加变换将当前输入数据块与对应的轮密钥进行异或操作，以增加加密的复杂度。

AES密钥扩展方案AES密钥扩展方案用于生成AES算法中所需的轮密钥。

对于128位密钥的AES算法，密钥扩展方案生成10个轮密钥，每个轮密钥为128位。

对于192位密钥的AES算法，密钥扩展方案生成12个轮密钥，每个轮密钥为128位。

对于256位密钥的AES算法，密钥扩展方案生成14个轮密钥，每个轮密钥为128位。

AES密钥扩展方案的基本原理如下：1.对给定的密钥进行初始处理。

如果密钥长度不足，需要进行填充操作。

对于128位密钥，不需要填充。

对于192位密钥，需要进行填充操作。

对于256位密钥，不需要填充。

2.对初始处理后的密钥进行轮密钥生成。

轮密钥生成由以下几个步骤构成：–将最后一个字作为临时字，并将其左移一个字节。

–对临时字的每个字节进行字节替代变换（SubBytes）。

–将临时字与上一个轮密钥进行异或操作，并将结果作为当前轮密钥。

–对当前轮密钥进行列混合变换（MixColumns），但不包括最后一个轮密钥。