[课件]AES算法结构PPT

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样品准备
样品需经过表面处理、真空处理和放置在实验室条件下进行预处理，确保测量的 准确性。
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能谱测量
使用电子枪激发样品，测量并记录由样品表面产生的Auger电子识别等步骤，对测量获得的能谱数据进行分析和 解读。
AES数据处理方法介绍
AES数据处理方法包括峰位拟合、背景扣除、信号积分和化学定量分析等，以获取准确的元素含量和化 学态信息。
能级图的作用及基本形式
能级图用于描述材料的电子能级和相互转移的机制，一般分为示意图、详细 图和晶体电子能级图，有助于解析和理解能谱中的特征峰。
AES实验装置的构成和特点
AES实验装置包括电子枪、光子能谱仪、峰位分析器等，具有高能量分辨率、高检测灵敏度和广泛的元 素范围等特点。
AES实验操作流程
《Auger电子能谱AES》 PPT课件
欢迎来到《Auger电子能谱AES》的PPT课件！本课件将带您探索Auger电子 能谱的原理、实验操作流程以及在材料科学、半导体、生物和环境等领域的 应用。
什么是Auger电子能谱（AES）？
Auger电子能谱（AES）是一种表面分析技术，通过测量材料表面产生的Auger电子能谱来获得元素成 分和化学状态的定性和定量信息。
AES的原理与基本概念
AES利用材料表面的原子与电子之间的相互作用机制，通过测量能谱中的特 征峰位置与强度来分析元素的存在和含量，并获得化学态信息。
原子Auger过程与电子转移
原子Auger过程是指当一个能级上的电子跃迁至另一个能级时，同时发射出一 个光子或Auger电子。电子转移则是该过程的基础。
能量分辨率及其影响因素
能量分辨率是衡量仪器分辨能力的指标，受电子能级跃迁的能量差、仪器本身的性能及环境因素的影响。

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2.1 Rijndael的数学基础
（2）乘法
在AES算法中，若两个多项式进行乘法运算（乘法运算的 符号定义为 ）运算的方法为两个多项式相乘。若运算 的结果超过8次方，则必须对此结果对一个多项式m(x)进行 模运算。AES算法中定义m(x)多项式为：
例如：
运算过程如下：
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2.1 Rijndael的数学基础
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Rijndael 特点



不属于Feistel结构 加密、解密相似但不对称 支持128/32=Nb数据块大小 支持128/192/256(/32=Nk)密钥长度 有较好的数学理论作为基础 结构简单、速度快
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AES参数
Key Length (Nk words) Block Size Number of (Nb words) Rounds (Nr)
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1. AES候选算法产生过程
评选过程中采用的方法 1.用量化的或定性的尺度作为选择的标准；

2.选择一种以上的算法；
3.选择一个备用算法；
4.考虑公众的建议以改进算法。
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1. AES候选算法产生过程
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， 这15个候选算法是CAST256、CRYPTON、E2、 DEAL、FROG、SAFER+、RC6、MAGENTA、 LOKI97、SERPENT、MARS、Rijndael、DFC、 Twofish、HPC。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。

开始时，管内为Ar气，不导电，需 要用高压电火花触发，使气体电离后 ，在高频交流电场的作用下，带电粒 子高速运动，碰撞，形成“雪崩”式 放电，产生等离子体气流。在垂直于 磁场方向将产生感应电流（涡电流， 粉色），其电阻很小，电流很大(数百 安)，产生高温。又将气体加热、电离 ，在管口形成稳定的等离子体焰炬。
主要部分： 1. 高频发生器 自激式高频发生器，用于中
、低档仪器； 晶体控制高频发生器，输出
功率和频率稳定性高，可利用 同轴电缆远距离传送。
2. 等离子体炬管 三层同心石英玻璃管
3. 试样雾化器 4. 光谱系统
2020/5/27
ICP-AES
2020/5/27
三、 ICP-AES的原理
principle and feature of ICP-AES
2020的/5/2耦7 合作用也极强：带电粒子既可与电场耦合，又可与磁 场耦合。
• 等离子显示器是继液晶显示器之后的最新 显示技术之一，能够适应未来数字化传播 的要求。等离子彩电又称“壁挂式电视”， 不受磁场影响，具有机身纤薄、重量轻、 屏幕大、色彩鲜艳、画面清晰、亮度高、 失真度小、节省空间等优点
(3) ICP中电子密度大，碱金属电离造成的影响小； (4) Ar气体产生的背景干扰小； (5) 无电极放电，无电极污染； ICP焰炬外型像火焰，但不是化学燃烧火焰，气体放电； 缺点：对非金属测定的灵敏度低，仪器昂贵，操作费用高。
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五、 等离子体发射光谱仪
plasma emission spectrometry 1. 光电直读等离子体发射光谱仪
特点 :
(1) 多达70个通道可选择设置，同时进行多元素分析，这 是其他金属分析方法所不具备的；

若x7的系数＝0，则为简单相乘：系数左移1位，右边补0。 的系数＝ ，则为简单相乘：系数左移 位 右边补 。 的系数＝ ，则取模m(x)，减x8+x4+x3+x+1 。 若x7的系数＝1，则取模 ，
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Rijndael的数学基础 2.1 Rijndael的数学基础
例如，‘57’‘13’可按如下方式实现： ‘57’‘02’=xtime(57)=‘AE’； ‘57’‘04’=xtime(AE)=‘47’； ‘57’‘08’=xtime(47)=‘8E’； ‘57’‘10’=xtime(8E)=‘07’； ⊕ ⊕ ‘57’‘13’=‘57’(‘01’‘02’‘10’) ⊕ ⊕ =‘57’‘AE’‘07’=‘FE’。
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1. AES 候选算法产生过程
AES特点 AES特点 加密、解密相似但不对称，使用不同的算法。 加密、解密相似但不对称，使用不同的算法。 分组密码:支持 128/192/256(/32= Nb) 数据块大小,支持 分组密码: 数据块大小, 128/192/256(/32= Nk) 密钥长度 面向二进制的密码算法:能够加解密任何形式的计算机数据。 面向二进制的密码算法:能够加解密任何形式的计算机数据。 有较好的数学理论作为基础 结构简单、速度快 结构简单、 AES的应用 AES的应用 许多国际组织采用为标准。 ①许多国际组织采用为标准。 尚未大范围应用。 ②尚未大范围应用。 产品形式：软件（嵌入式， ③产品形式：软件（嵌入式，应用软 ）、硬件 芯片，插卡） 硬件（ 件）、硬件（芯片，插卡） 6
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1. AES 候选算法产生过程
背景
三重 DES的缺点：软件实现速度慢，分组长度64bit，从安全性和效 DES的缺点 软件实现速度慢，分组长度64bit 的缺点： 64bit， 率性出发需要的分组长度更长。 率性出发需要的分组长度更长。 1997 年 4 月 15 日美国国家标准和技术研究所（ NIST ）发起征集 日美国国家标准和技术研究所（ 前进的密码技术标准）算法的活动， AES （ AES 前进的密码技术标准）算法的活动，并成立了 AES 工作 组。要求是：比三重 DES 快，至少与三重 DES 一样安全,数据分组 要求是： 一样安全, 比特, 比特。 长度为 128 比特,密钥长度为 128/192/256 比特。

MixColumn(列混合 列混合) 列混合
将状态的列看作是有限域GF(28)上的多项式 上的多项式a(x)，与多 将状态的列看作是有限域 上的多项式 ， 项式c(x) = 03 x3 + 01 x2 + 01 x +02相乘 模x4＋1)。 相乘(模 项式 相乘 。 令b(x) = c(x) × a(x)，写成矩阵形式为： ，写成矩阵形式为：
ByteSubstitution(字节替代 字节替代) 字节替代
ByteSubstitution是一个非线性的字节替代，独立地在 是一个非线性的字节替代， 是一个非线性的字节替代 每个状态字节上进行运算。它包括两个变换。 每个状态字节上进行运算。它包括两个变换。 1. 在有限域 在有限域GF(28)上求乘法逆，‘00’映射到它自身。 上求乘法逆， 映射到它自身。 上求乘法逆 映射到它自身 2. 在GF(2)上进行下面的仿射变换： 上进行下面的仿射变换： 上进行下面的仿射变换
x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7
＋
0 1 1 0 0 0 1 1
Fig 6. ByteSubstitution
该变换可以用一个256字节的表来实现 字节的表来实现 该变换可以用一个
A0,0 A0,1 A0,2 A0,3 A1,0 A1,1 A1,2 A1,3 A2,0 A2,1 A2,2 A2,3 A3,0 A3,1 A3,2 A3,3
Nb = 6 Block Length = 192 bits
K0,0 K0,1 K0,2 K0,3 K1,0 K1,1 K1,2 K1,3 K2,0 K2,1 K2,2 K2,3 K3,0 K3,1 K3,2 K3,3
Nk = 4 Key Length = 128 bits

× C(X)
B0,0 B0,1 B0,2 B0,3 B1,0 B1,1 B1,2 B1,3 B2,0 B2,1 B2,2 B2,3 B3,0 B3,1 B3,2 B3,3
2.4 AddRoundKey(轮密钥加 轮密钥加) 轮密钥加
将轮密钥与状态按比特异或。轮密钥是通过 将轮密钥与状态按比特异或。轮密钥是通过Key Schedule 过程从密码密钥中得到的，轮密钥长度等于分组长度。 过程从密码密钥中得到的，轮密钥长度等于分组长度。
Nb = 6 Block Length = 192 bits
K0,0 K0,1 K0,2 K0,3 K1,0 K1,1 K1,2 K1,3 K2,0 K2,1 K2,2 K2,3 K3,0 K3,1 K3,2 K3,3
Nk = 4 Key Length = 128 bits
Fig 4. 分组长度和密钥长度均为 分组长度和密钥长度均为128 bits时的 时的Rijndael加密算法框图 时的 加密算法框图 Plain Text Data / Key Addition Rnd 0 Rnd 1 Rnd 8 Final Rnd
Round Key
MixColumn
Round Key 一般的轮变换
+
最后一轮的轮变换
3. AES 算法加密部分的实现
明文分组和密钥的组织排列方式 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 8 12 5 9 13 6 10 14 7 11 15
Cipher Key Key Schedule Text
轮数（ 表 2. 轮数（Round）的不同取值 ）
Block Block Block 轮数 （Round） Length=128 Length=192 Length=256 ） Key 10 12 14 Length=128 Key 12 12 14 Length=192 Key 14 14 14 Length=256

AES的总体描述
四、AES的基本变换
四、AES的基本变换
四、AES的基本变换
4、S盒变换SubBytes(state)
4、S盒变换SubBytes(state) •字节代换示意图。
•每个字节用十六进制数表示，每个字节按S 盒进行独立代换；
4、S盒变换SubBytes(state)
与 DES 的 S 盒相比， AES 的 S 盒能被代数地定义， 而不像 DES 的 S 盒那样是明显的 “随 机”代换。 AES 的 S 盒（即 SubBytes 操作）是可逆的，它由以下两个可逆变换复合而成： （1）首先，将一个字节变换为有限域 GF(2 )中的乘法逆元素。规定 00 变换为它本身。 （2）其次，对（1）中的结果在 GF(2)上做仿射变换：
一、AES的概况
1、历史时间
1997年，NIST开始了遴选DES替代者—— AES的工 作 。要求AES具有128比特的分组长度，并支持128、 192和256比特的密钥长度，而且能在全世界免费使用 1998年从提交的21个算法中选出15个作为候选 1999年5个算法入围了最后决赛： RC6、Rijndael、 SERPENT、Twofish和MARS 2000年评选出最终结果Rijndael 2001年11月26日接受其作为标准 2001年12月4日正式公布：FIPS－197
三种基本运算：字加法、字乘法、字x乘法
字加法：对应项系数按位模2加 字乘法：多项式乘积再模m(x)=x4+1
AES选定一个固定的可逆多项式做乘法；
字X乘法：相当于字节循环移位；
乘法：多项式乘积再模M ( x) x 1, 记为 。
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