AES加密算法详解：术语、表示与结构

本文档主要介绍了高级加密标准(AES)的相关术语定义和表示，以及AES算法的详细解读。AES起源于1997年，由NIST发起，目的是替代DES。经过激烈的竞争，比利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen的Rijndael算法最终胜出。Rijndael的设计原则强调了安全性、平台兼容性和易实现性。 AES算法的核心是分组密码，其特点是分组长度和密钥长度独立可变，提供了128位、192位和256位三种加密级别，以适应不同的安全需求。状态（State）在密码运算过程中扮演着关键角色，它是密码运算的中间结果，用一个4行的字节矩阵表示，矩阵的列数记作Nb，与分组长度（bits）除以32的结果相对应。例如，当分组长度为128 bits时，Nb为4。 密码密钥同样用一个4行的矩阵表示，其列数记为Nk，与密钥长度除以32的值对应。密钥长度的选择同样支持128位、192位和256位。AES的加密过程包括多个步骤，如ByteSubstitution（字节替换）、ByteRotation（字节旋转）和MixColumn（字节列混合），这些操作构成Rijndael的轮变换。最后一轮的轮变换有所不同，通常会加上轮密钥。 明文分组和密钥的组织排列方式是通过矩阵形式展示的，例如，128位的明文分组会形成一个4x4的矩阵，而不同长度的分组和密钥则会根据实际长度调整矩阵的大小。这种排列方式有助于理解AES算法在实际应用中的数据处理流程。 本文提供了AES加密算法的基础概念，包括其起源、设计原则和具体实现细节，对于理解和学习AES加密技术具有重要的参考价值。