AES加密算法详解：术语与表示深度解析

本文档详细介绍了高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）的相关术语定义和表示，以及AES算法的具体实现。AES起源于1997年，由美国国家标准与技术研究院（NIST）发起，旨在替换当时的DES加密算法。经过激烈的竞争，比利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen提出的Rijndael算法最终获胜，并于2000年成为AES的标准。 AES的设计原则包括： 1. 安全性：AES要求能够抵抗所有已知的攻击手段，保证数据的高度安全。 2. 平台适应性：设计目标是易于在不同的计算机平台上实现，且加密速度较快。 3. 简洁性：算法结构简单，便于理解和实现。 Rijndael是一种分组密码算法，其特点是分组长度（bits）和密钥长度（bits）是独立的，可以分别选择为128、192或256比特。表1展示了不同分组长度和密钥长度的组合。 AES算法的核心是轮变换（Rijndael Round），其中包括ByteSubstitution（字节替换）、ByteRotation（字节旋转）和MixColumn（列混淆）操作。对于加密部分，以128位分组为例，明文被组织成一个4行的字节矩阵，如图1所示。同样，密钥也按照相同的方式排列，根据不同的密钥长度（128、192或256位），排列数组会有所不同，如图2所示。 状态（State）是密码运算过程中的关键概念，它代表了加密算法运行中的中间结果，通常用一个4行的字节矩阵表示，矩阵的列数（Nb）由分组长度除以32得到，Nb的取值可以是4、6或8，对应着128、192或256位的分组长度。 理解并掌握这些术语和表示方法对于深入学习和应用AES加密至关重要，它不仅涉及到算法的内部运作机制，还涉及到了实际的编码和处理过程。AES的广泛应用，特别是在网络安全、数据保护和电子商务等领域，使其成为现代信息安全的基石之一。