使用C++实现AES算法进程实现

以下是使用C++语言实现AES算法的过程：

1. 定义AES算法的常量

const int Nb = 4; // 每个状态矩阵的列数
const int Nk = 4; // 密钥矩阵的列数
const int Nr = 10; // 加密轮数

2. 定义AES算法的数据类型

typedef unsigned char byte; // 一个字节（8位）
typedef unsigned int word; // 一个字（32位）

3. 定义AES算法的核心函数

void SubBytes(byte state[][Nb]); // 字节替换
void ShiftRows(byte state[][Nb]); // 行移位
void MixColumns(byte state[][Nb]); // 列混淆
void AddRoundKey(byte state[][Nb], word w[]); // 轮密钥加
void KeyExpansion(byte key[], word w[]); // 密钥扩展
void Cipher(byte input[], byte output[], word w[]); // 加密

4. 实现AES算法的主函数

int main()
{
    byte key[] = { ... }; // 密钥
    byte input[] = { ... }; // 明文
    byte output[16]; // 密文
    word w[Nb * (Nr + 1)]; // 扩展密钥

    KeyExpansion(key, w);
    Cipher(input, output, w);

    return 0;
}

5. 实现AES算法的核心函数

// S盒
const byte Sbox[256] = { ... };

// 逆S盒
const byte InvSbox[256] = { ... };

// Rcon
const byte Rcon[11] = { 0x00, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36 };

// 字节替换
void SubBytes(byte state[][Nb])
{
    for (int i = 0; i < 4; i++)
    {
        for (int j = 0; j < Nb; j++)
        {
            state[i][j] = Sbox[state[i][j]];
        }
    }
}

// 行移位
void ShiftRows(byte state[][Nb])
{
    byte tmp;

    // 第二行循环左移1位
    tmp = state[1][0];
    state[1][0] = state[1][1];
    state[1][1] = state[1][2];
    state[1][2] = state[1][3];
    state[1][3] = tmp;

    // 第三行循环左移2位
    tmp = state[2][0];
    state[2][0] = state[2][2];
    state[2][2] = tmp;
    tmp = state[2][1];
    state[2][1] = state[2][3];
    state[2][3] = tmp;

    // 第四行循环左移3位
    tmp = state[3][0];
    state[3][0] = state[3][3];
    state[3][3] = state[3][2];
    state[3][2] = state[3][1];
    state[3][1] = tmp;
}

// 列混淆
void MixColumns(byte state[][Nb])
{
    byte tmp[Nb];

    for (int i = 0; i < Nb; i++)
    {
        tmp[0] = (byte)(GF28Mul(0x02, state[0][i]) ^ GF28Mul(0x03, state[1][i]) ^ state[2][i] ^ state[3][i]);
        tmp[1] = (byte)(state[0][i] ^ GF28Mul(0x02, state[1][i]) ^ GF28Mul(0x03, state[2][i]) ^ state[3][i]);
        tmp[2] = (byte)(state[0][i] ^ state[1][i] ^ GF28Mul(0x02, state[2][i]) ^ GF28Mul(0x03, state[3][i]));
        tmp[3] = (byte)(GF28Mul(0x03, state[0][i]) ^ state[1][i] ^ state[2][i] ^ GF28Mul(0x02, state[3][i]));

        for (int j = 0; j < Nb; j++)
        {
            state[j][i] = tmp[j];
        }
    }
}

// 轮密钥加
void AddRoundKey(byte state[][Nb], word w[])
{
    for (int i = 0; i < Nb; i++)
    {
        word tmp = (w[i] >> 24) << 24 | (w[i] >> 16) << 16 | (w[i] >> 8) << 8 | w[i];
        byte* p = (byte*)&tmp;
        state[0][i] ^= p[0];
        state[1][i] ^= p[1];
        state[2][i] ^= p[2];
        state[3][i] ^= p[3];
    }
}

// 密钥扩展
void KeyExpansion(byte key[], word w[])
{
    word tmp;

    // 第一轮
    for (int i = 0; i < Nk; i++)
    {
        w[i] = (key[4 * i] << 24) | (key[4 * i + 1] << 16) | (key[4 * i + 2] << 8) | key[4 * i + 3];
    }

    // 后面的轮
    for (int i = Nk; i < Nb * (Nr + 1); i++)
    {
        tmp = w[i - 1];
        if (i % Nk == 0)
        {
            tmp = (Sbox[(tmp >> 16) & 0xff] << 24) | (Sbox[(tmp >> 8) & 0xff] << 16) | (Sbox[tmp & 0xff] << 8) | Sbox[(tmp >> 24) & 0xff];
            tmp ^= Rcon[i / Nk] << 24;
        }
        else if (Nk > 6 && i % Nk == 4)
        {
            tmp = (Sbox[(tmp >> 24) & 0xff] << 24) | (Sbox[(tmp >> 16) & 0xff] << 16) | (Sbox[(tmp >> 8) & 0xff] << 8) | Sbox[tmp & 0xff];
        }
        w[i] = w[i - Nk] ^ tmp;
    }
}

// 加密
void Cipher(byte input[], byte output[], word w[])
{
    byte state[Nb][Nb];

    // 将明文分组成状态矩阵
    for (int i = 0; i < Nb; i++)
    {
        for (int j = 0; j < Nb; j++)
        {
            state[j][i] = input[i * Nb + j];
        }
    }

    // 轮密钥加
    AddRoundKey(state, w);

    // Nr-1轮
    for (int round = 1; round < Nr; round++)
    {
        SubBytes(state);
        ShiftRows(state);
        MixColumns(state);
        AddRoundKey(state, w + round * Nb);
    }

    // 最后一轮
    SubBytes(state);
    ShiftRows(state);
    AddRoundKey(state, w + Nr * Nb);

    // 将密文从状态矩阵中提取出来
    for (int i = 0; i < Nb; i++)
    {
        for (int j = 0; j < Nb; j++)
        {
            output[i * Nb + j] = state[j][i];
        }
    }
}

以上就是使用C++实现AES算法的过程。需要注意的是，这里的实现仅供参考，可能存在一些问题，例如未对输入进行检查，可能导致溢出等问题。在实际应用中，需要根据具体情况进行改进和调整。