AES算法解析：Rijndael轮密钥选择机制

本文主要介绍了AES（Advanced Encryption Standard）算法，特别是其中的Rijndael算法，它是AES的标准。AES的选定过程、基本要求以及Rijndael的设计思想和数学基础。 AES，即高级加密标准，是1997年由美国国家标准与技术研究所（NIST）发起的一项竞赛，旨在寻找一种比三重DES更快且至少同样安全的加密算法。经过多轮筛选，最终在1998年提出了15个候选算法，并在后续的会议中逐步减少至5个，包括RC6、Rijndael、SERPENT、Twofish和MARS。2000年，Rijndael被NIST宣布为新的AES标准。 Rijndael是由比利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen设计的，其原型是Square算法。该算法采用了宽轨迹策略，增强了抵抗差分密码分析和线性密码分析的能力。Rijndael的设计基础是有限域GF(2^8)，这是通过GF(2)上的8次不可约多项式扩展得到的。在这个有限域中，加法和乘法操作都有明确的定义。 在GF(2^8)中，任何多项式可以表示为一个字节的形式，例如b7x^7 + b6x^6 + ... + b0。加法操作是对应系数的模2加法，也就是异或。Rijndael算法利用了这样的运算规则来执行加密和解密过程。 在AES中，轮密钥的选取是一个关键步骤。在Rijndael中，轮密钥是通过扩展密钥生成的。第1轮的轮密钥取自扩展密钥的前Nb个字，第2轮则取接下来的Nb个字，以此类推。轮密钥缓冲字W[Nb*i]到W[Nb*(i+1)]用于生成第i轮的轮密钥，这个过程确保了每个轮的密钥都不同，增加了密码的安全性。 AES算法的数据块长度固定为128位，而密钥长度可以是128、192或256位。这种灵活性使得AES适用于各种不同的应用场景，同时提供了不同级别的安全性。Rijndael的设计使其在效率和安全性之间取得了良好的平衡，这也是它成为AES标准的主要原因之一。 总结来说，AES是一种广泛使用的加密标准，Rijndael是其核心算法。通过有限域GF(2^8)的运算和特定的轮密钥选取方法，Rijndael提供了一种强大且高效的加密方案，能够满足现代数据保护的需求。