"AES的基本逆变换—逆S盒-AES算法的描述"
AES(Advanced Encryption Standard),即高级加密标准,是一种广泛使用的块密码算法,它基于Rijndael算法,由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计。AES在2001年被美国国家标准与技术研究所(NIST)选为新的联邦信息处理标准(FIPS),取代了DES(Data Encryption Standard)。
Rijndael的设计遵循了多项原则,旨在抵抗各种密码学攻击,如差分密码分析和线性密码分析。它的核心是通过迭代过程来实现数据的高度扩散和混淆。Rijndael允许不同的分组长度(128、192或256位)和密钥长度(128、192或256位),这使得它可以灵活适应不同安全需求。
在Rijndael算法中,数据被处理成一个四行矩阵,称为“状态”,每个单元格包含8位字节。状态的列数记为Nb,根据分组长度不同,Nb可能是4、6或8。密钥也由多个32位的“数据字”组成,数量记为Nk,可以是4、6或8。
AES的加密过程由多个相同的轮次组成,每个轮次包括以下四个主要步骤:
1. **字节代换(SubBytes)**:这是非线性的一步,使用了一个S盒(Substitution Box),将每个8位字节替换为另一个8位字节。在逆变换中,这个过程是S盒的逆,称为逆S盒。
2. **行移位(ShiftRows)**:状态矩阵的每一行向左移动一定数量的字节,第一行不移动,第二行左移一位,第三行左移两位,第四行左移三位。在解密过程中,这个过程是行移位的逆。
3. **列混淆(MixColumns)**:对状态矩阵的每一列进行线性变换,目的是增加混淆。在解密过程中,这个过程的逆被应用。
4. **密钥加(AddRoundKey)**:将轮子密钥异或到状态矩阵的每个字节上。轮子密钥是初始密钥通过一系列扩展和轮密钥生成算法得到的。在解密过程中,同样执行这个步骤,但使用的是前一轮的轮子密钥。
AES的最后一个轮次不包含“MixColumns”步骤,以保持解密过程的可逆性。总的轮数(Nr)取决于密钥长度:对于128位密钥,Nr=10;对于192位密钥,Nr=12;对于256位密钥,Nr=14。
AES的这种设计使其在多个平台上能快速高效地实现,并且由于其高度的扩散和混淆,具有很高的安全性。逆S盒作为AES解密过程的关键部分,负责恢复原始数据中的字节,它是S盒的逆运算,保证了数据的正确解密。