AES高级加密标准：Rijndael算法与轮密钥加变换解析

"轮密钥加变换是密码学中一种重要的操作，常见于高级加密标准（AES）中。AES是一种由美国国家标准技术研究所（NIST）选定的分组密码算法，用于替代DES，其设计目标包括高效性、安全性以及广泛的适用性。AES支持128位、192位和256位的密钥长度，以及128位的数据块大小。与基于Feistel结构的DES不同，AES的每轮加密由四个独立的部分组成：字节代换、行位移、列混淆和轮密钥加。轮密钥加变换是这些步骤中最简单但至关重要的一个，它将当前状态（State）的每个字节与相应的轮密钥进行异或操作，这一操作对于确保加密的不可预测性和安全性起到了关键作用。 轮密钥加变换的正向过程是将128位的State按位与同样大小的轮密钥进行异或。由于异或操作具有对称性，因此逆向轮密钥加变换与正向完全相同。在AES的多轮加密过程中，每一轮都会使用不同的轮密钥，这些轮密钥是通过对主密钥进行一系列复杂的扩展和混淆操作生成的，以增加密码分析的难度。 AES的诞生源于对DES安全性的担忧。DES虽然被建议用3DES来增强安全性，但由于其较短的64位分组和相对较慢的软件实现速度，无法满足现代加密的需求。因此，NIST在1997年发起了新的加密标准征集，要求新算法具有更长的分组和密钥长度，更高的效率，并适合于各种硬件和软件平台。经过多轮评估，Rijndael算法脱颖而出，被选为AES，其设计者是Joan Daemen和Vincent Rijmen两位比利时密码学家。 AES的评估标准主要分为三个方面：安全性、成本和算法执行特征。安全性关注的是抵御密码分析攻击的能力，成本涉及算法的计算效率和广泛应用的可能性，而执行特征则包含了算法的灵活性、适应性以及简洁性，以便于安全分析和各种实现。在软件实现方面，AES需要在不同的平台上快速执行，并且在密钥长度改变时保持性能。在受限空间环境，如智能卡上，AES也需能有效运行。硬件实现则强调提高执行速度、缩短代码长度以及抵御针对硬件的攻击。" 这份资源详细介绍了AES加密标准的背景、设计原理以及评估标准，对于理解AES的核心操作——轮密钥加变换，以及密码学中安全性和效率的重要性提供了深入的洞察。