AES加密解密算法详细分析_aes加密解密分析

AES算法分析和代码

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高级加密标准(AES)

目  录
2．定义......................................................................................................4
1 术语和缩写词表...............................................................................................4
2 算法参数、符号和函数...................................................................................5
3．符号和惯例..........................................................................................6
1 输入和输出.......................................................................................................6
2 字节(Bytes).......................................................................................................6
3 字节数组...........................................................................................................7
4 状态(State)........................................................................................................8
5 将状态看作列数组...........................................................................................8
4．数学基础..............................................................................................9
1 加法...................................................................................................................9
2 乘法...................................................................................................................9
2.1 乘 x...........................................................................................................................10
3 系数在 GF(2
8
)中的多项式.............................................................................10
5．算法说明............................................................................................12
1 加密.................................................................................................................13
1.1 字节替代(SubBytes( ))变换....................................................................................14
1.2 行移位(ShiftRows( ))变换......................................................................................15
1.3 列混合(MixColumns( ))变换..................................................................................16
1.4 轮密钥加(AddRoundKey( ))变换...........................................................................17
2 密钥扩展算法.................................................................................................17
3 解密.................................................................................................................19
3.1 逆行移位(InvShiftRows( ))变换.............................................................................19
3.2 逆字节替代(InvSubBytes( ))变换..........................................................................20
3.3 逆列混合(InvMixColumns( ))变换.........................................................................21
3.4 轮密钥加(InvMixColumns( ))变换的逆变换........................................................21
3.5 等价的解密变换......................................................................................................21
6．实现方面的问题................................................................................23
1 密钥长度要求.................................................................................................23
2 密钥限制.........................................................................................................24
3 密钥长度，分组大小和轮数的参数化.........................................................24
4 针对不同平台的实现建议.............................................................................24

图表目录
图 1 16 进制......................................................................................................................................7
图 2 字节和比特编号....................................................................................................................8
图 3 状态矩阵、输入和输出......................................................................................................8
图 4 Key-Block-Round 组合..........................................................................................................12
图 5 加密算法伪代码..................................................................................................................13
图 6 SubBytes（）作用在状态的单个字节上.......................................................................14
图 7 S 盒：字节 xy 的替代值（16 进制格式）....................................................................15
图 8 ShiftRows（）在状态的后三行上循环移位.................................................................16
图 9 MixColumns（）在状态的列上运算...............................................................................17
图 10 AddRoundKey（） 将密钥编排得到的字异或到状态的每一列上.....................17
图 11 密钥扩展伪代码................................................................................................................18
图 12 解密算法的伪代码...........................................................................................................19
图 13 InvShiftRows（）在状态的后三行上循环移位.........................................................20
图 14 S 盒的逆：字节 xy 的替代值（16 进制格式）.........................................................20
图 15 等价解密算法的伪代码..................................................................................................23
1．引言
该标准详细说明了 Rijndael 算法([3]和[4])，一个对称分组密码算法。可以处理 128
bits 数据分组，使用的密钥长为 128，192 和 256 bits。Rijndael 的设计还可以允许处理其它
的分组长度和密钥长度，然而该标准中没有采用。
在本标准的其余部分，本文说明的算法均被称为“AES 算法”。如上所述，该算法可以
使用 3 种不同的密钥长度，分别称为“AES-128”、“ AES-192”、“ AES-256”。
该说明包括下列部分：
2．术语定义，缩写词，算法参数、符号和函数；
3．算法说明中使用的符号和惯例，包括 bits，bytes，words 的排序和编号方式；
4．对理解算法有帮助的数学工具；
5．算法说明，包括密钥扩展、加密和解密程序；
6．实现方面，如密钥长度支持、密钥限制和其它的分组/密钥/轮大小。
该标准以几个附录做为结尾，包括密钥扩展和加密的每一步的示例、加密和解密的
示例向量以及参考文献列表（本翻译略去，详见 Fips-197 文档）。