C++实现AES加密算法详解与步骤

AES加密算法的C++实现过程详解 在IT行业中，Advanced Encryption Standard (AES) 是一种广泛应用的对称密码体制，它以其高效性和安全性著称。本文档提供了一个AES加密算法的基础C++实现，适合于理解和学习AES在实际编程中的应用。 首先，我们关注的是AES.H头文件，它是实现AES算法的核心部分。`#ifndef AES_H_` 到 `#endif//_AES_H_` 之间的代码定义了一个名为AES的类，继承自名为Encryption的基类。AES类的主要功能包括初始化（构造函数AES() 和 AES(BYTE* key)），解密（Decrypt函数）和加密（Encrypt函数）数据。 AES_KEY_ROW_NUMBER4和AES_KEY_COLUMN_NUMBER4分别代表了密钥的行数和列数，这里是128位（4行4列）。AES_ROUND_COUNT10表示该版本的AES有10轮迭代，每轮包含子字节（SubBytes）、移位行（ShiftRows）、混淆列（MixColumns）以及添加轮密钥（AddRoundKey）等步骤。 在AES类的私有成员中，有四个重要的函数：Cipher(), InvCipher(), Cipher(void*, size_t), 和 InvCipher(void*, size_t)。这些函数用于执行AES加密和解密操作，其中Cipher()函数处理正常加密，而InvCipher()负责逆向操作。此外，KeyExpansion()函数用于扩展密钥，FFmul()函数实现了一种特定的快速乘法运算，用于AES的非线性变换。 具体的加密步骤如下： 1. KeyExpansion(BYTE* key, BYTE w[][4][AES_KEY_COLUMN_NUMBER])：接收原始密钥并扩展为多个轮密钥，为后续的加密循环准备所需的数据。 2. SubBytes(BYTE state[][AES_KEY_COLUMN_NUMBER])：将状态矩阵中的每个字节进行S盒（S-box）替换，这是AES算法中的关键非线性变换。 3. ShiftRows(BYTE state[][AES_KEY_COLUMN_NUMBER])：将状态矩阵的行移动固定的距离，增加加密的复杂性。 4. MixColumns(BYTE state[][AES_KEY_COLUMN_NUMBER])：使用混淆列（MixColumns）矩阵对状态矩阵进行矩阵乘法，进一步混淆数据。 5. AddRoundKey(BYTE state[][AES_KEY_COLUMN_NUMBER], BYTE k[][AES_KEY_COLUMN_NUMBER])：将当前轮的轮密钥与状态矩阵相加，以保护数据。 在解密过程中，相应的逆向操作会用到InvSubBytes(), InvShiftRows(), 和 InvMixColumns()，这些函数是对上述加密步骤的逆运算。 在Encryption.h中，可能包含了对AES类的更多通用加密接口和抽象基类Encryption的定义，这有助于保持代码的模块化和封装。 通过这个C++实现，开发者可以理解AES算法的工作原理，并将其应用于实际的软件项目中，例如数据安全传输、存储加密等领域。学习和掌握AES加密算法对于现代软件开发人员来说至关重要，因为其在保障信息安全方面扮演着核心角色。