AES加密算法C语言实现详解

本文将介绍如何在C语言中实现AES（高级加密标准）加密算法，包括所需的置换表、扩展置换、置换函数以及S盒等关键步骤。提供的代码可以直接用于AES加密和解密过程。 AES是一种广泛应用的块密码，它基于Rijndael算法，能够对128位的数据进行加密。在C语言中实现AES加密，主要涉及以下几个核心概念： 1. **初始置换IP（Initial Permutation）**：这是AES加密的第一步，它将原始的128位明文数据重新排列。在给定的代码中，`IP_Table`和`IP_1_Table`分别表示初始置换和逆初始置换的索引表，用于改变明文块的顺序。 2. **扩展置换E（Expansion Permutation）**：这个步骤将经过初始置换的64位数据扩展到48位。`E_Table`是用于执行此操作的索引表，它将每个64位输入分为8个6位部分，并通过扩展规则生成48位的中间结果。 3. **行移位（Shift Rows）**：接下来，将48位的结果分为4行，每行8个字节，然后对行进行循环左移。虽然代码中没有直接展示这部分，但在实际实现中，这一步会改变每一行的字节顺序，增加数据的混淆性。 4. **混合列（Mix Columns）**：这一阶段通过对每列的四个字节执行特定的线性变换来进一步混淆数据。这通常涉及到GF(2^8)上的乘法运算。由于代码没有直接展示，这一步可能被包含在一个单独的函数中。 5. **S盒（Substitution Box）**：S盒是AES的核心组件之一，它将每个字节替换为另一个字节，以增强密码的非线性特性。在给出的代码中，`S[8][4][16]`定义了8个S盒，每个S盒有4行16列，用于执行字节替换。 6. **轮函数（Round Function）**：AES加密通常包含多轮操作，每轮都包括上述步骤（除了最后一轮不进行混合列）。每一轮都有一个轮密钥，这些密钥是由主密钥通过密钥扩展算法生成的，确保了每轮的独立性和安全性。 7. **轮密钥加（Key Addition）**：在每一轮结束时，都会将轮密钥与当前的中间结果异或，这使得即使相同的明文输入，在不同的轮中也会产生不同的密文输出。 在实际使用中，你需要将明文读入到内存中，然后调用这些函数进行加密。解密过程类似，但执行逆操作，如逆初始置换、逆扩展置换、逆行移位和逆S盒操作，以及使用逆轮密钥进行异或。 请注意，上述代码片段并未完整地包含所有必要的AES加密/解密逻辑，例如密钥扩展和完整的轮函数实现。在实际应用中，你需要结合其他代码段或者使用现有的库，如`libcrypto`等，来完成整个加密过程。确保理解AES的工作原理，并遵循安全编码最佳实践，以确保数据的安全。