"AES加密标准算法说明及代码"
AES(Advanced Encryption Standard),即高级加密标准,是一种广泛使用的块加密算法,其基础是Rijndael算法。Rijndael由比利时的两位密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计,并在2000年被美国国家标准与技术研究院(NIST)选为AES标准。AES的特点在于其灵活性,支持不同的块大小(128、192、256位)和密钥长度(128、192、256位)。
AES加密过程分为多个轮的变换,每轮包含四个主要步骤:
1. **字节替换(ByteSub)**:这是一个非线性操作,每个字节通过一个固定的S盒(S-box)进行替换,目的是增加加密的非线性和混淆性。
2. **行移位(ShiftRow)**:状态矩阵的每一行按照特定的位数向左循环移位。例如,对于4x Nb 的状态矩阵,第一行不移位,第二行移位一位,第三行移位两位,第四行移位三位。
3. **列混淆(MixColumn)**:这是对状态矩阵的每一列进行线性变换,通常涉及GF(2^8)上的乘法运算,增强了矩阵的扩散性。
4. **添加轮密钥(AddRoundKey)**:将当前轮的轮密钥与状态矩阵的每个字节进行异或操作,轮密钥由主密钥通过一系列扩展和轮密钥生成函数得到。
最后一轮加密省略了列混淆步骤,但仍然包括字节替换、行移位和添加轮密钥。加密的轮数Nr根据块大小和密钥长度的不同而不同,关系如下:
- 当块大小Nb=4(即128位块)时,对应于128位密钥的Nr=10,192位密钥的Nr=12,256位密钥的Nr=14。
- 当块大小Nb=6(未在标准AES中定义)和8(也未定义)时,Nr会有相应的值。
在加密过程中,如果明文长度不是块大小的整数倍,通常会在明文末尾填充额外的字节,使其达到整数倍。解密过程与加密相反,使用相同的轮数和步骤,但轮密钥的添加顺序相反,即先进行AddRoundKey,然后逆序执行其他三个步骤。
在实际编程实现AES加密时,会将这些基本操作封装成函数,如`ByteSub`、`ShiftRow`、`MixColumn`和`AddRoundKey`。开发者需要按照AES的规范来编写这些函数,然后将明文和密钥作为输入,通过调用这些函数完成加密和解密过程。
AES加密标准提供了强大的数据保护,由于其复杂性和安全性,被广泛应用于各种安全通信和数据存储场景。理解并正确实现AES算法对于信息安全领域至关重要。