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AES算法底层原理与实现

来源:www.goldyong99.com 时间:2024-05-13 17:56:55 作者:九九算法网 浏览: [手机版]

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AES算法底层原理与实现(1)

引言

AES(Advanced Encryption Standard)是一种对称加密算法,是目前使用最泛的加密算法之一原文www.goldyong99.com。它是由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所计,于2001年被美国国家标准和技研究院(NIST)选定为新的数据加密标准(AES)。AES算法采用组加密的式,将明文成若个块,对每个块进行加密,最后再将加密后的块拼接起来形成密文。

本文将介绍AES算法的底层原理和实现法,包括AES算法的结构、密钥扩展、轮函数和S盒等内容。

AES算法结构

  AES算法采用组加密的式,将明文成若个块,对每个块进行加密,最后再将加密后的块拼接起来形成密文。AES算法的组长度为128位,密钥长度可以是128位、192位或256位。

  AES算法的结构如下图所示:

  ![AES算法结构](https://i.imgur.com/5X9NzjD.png)

AES算法的结构可以为四个部:密钥扩展、初始轮、重复轮和最终轮。

密钥扩展

在AES算法中,密钥扩展是将输入的密钥扩展成多个轮密钥的过程。AES算法中,每个轮密钥的长度都是128位。密钥扩展的过程如下:

  1. 将输入的密钥成若个块,每个块的长度为32位。

  2. 根据密钥长度选择轮数,128位密钥需要10轮,192位密钥需要12轮,256位密钥需要14轮来源www.goldyong99.com

3. 对输入的密钥进行一定的换,生成第一个轮密钥。

  4. 根据第一个轮密钥生成后续的轮密钥,直到生成所有的轮密钥。

初始轮

  初始轮是AES算法的第一轮加密。在初始轮中,明文和轮密钥进行一次简单的异或运算。初始轮的过程如下:

  1. 将明文成若个块,每个块的长度为32位。

  2. 将第一个块和第一个轮密钥进行一次简单的异或运算。

3. 将第二个块和第二个轮密钥进行一次简单的异或运算。

  4. 依此类,直到所有的块都进行了一次异或运算。

AES算法底层原理与实现(2)

重复轮

  重复轮是AES算法中最重要的部,它包括了多个轮函数。在每个轮函数中,明文和轮密钥进行一系列的换,最终生成加密后的密文原文www.goldyong99.com。重复轮的过程如下:

1. 将明文成若个块,每个块的长度为32位。

2. 将第一个块和第一个轮密钥进行一次轮函数运算。

  3. 将第二个块和第二个轮密钥进行一次轮函数运算。

  4. 依此类,直到所有的块都进行了一次轮函数运算。

最终轮

  最终轮是AES算法的最后一轮加密。在最终轮中,明文和轮密钥进行一次简单的异或运算,生成最终的密文。最终轮的过程如下:

  1. 将明文成若个块,每个块的长度为32位。

2. 将第一个块和第一个轮密钥进行一次简单的异或运算。

  3. 将第二个块和第二个轮密钥进行一次简单的异或运算。

  4. 依此类,直到所有的块都进行了一次异或运算九九算法网www.goldyong99.com

轮函数

  轮函数是AES算法中最重要的部,它包括了多个换操作。在每个轮函数中,明文和轮密钥进行一系列的换,最终生成加密后的密文。轮函数的过程如下:

  1. 将明文和轮密钥进行一次简单的异或运算。

  2. 将异或后的结果成四个字节,每个字节的长度为8位。

  3. 对每个字节进行S盒换,将一个字节映射为另一个字节。

  4. 对每个字节进行行移位,将一个字节移位到另一个位

  5. 对每个字节进行列混淆,将一个字节和其他字节进行混淆。

6. 将混淆后的结果和轮密钥进行一次简单的异或运算,生成轮函数的输出。

S盒

  S盒是AES算法中用于字节替换的重要工具。S盒将一个字节映射为另一个字节,从而实现了字节替换的功能九+九+算+法+网。AES算法中使用了多个S盒,每个S盒都是一个16x16的矩阵,可以将一个字节映射为另一个字节。

  S盒的构造法如下:

1. 将0~255的所有数按照顺序排列,得到一个256个元素的数组。

  2. 将数组中的每个元素用二进制表示,得到一个8位的二进制数。

3. 对每个8位的二进制数进行一个换,得到新的8位二进制数。

  4. 将新的8位二进制数转换为十六进制数,得到S盒中的一个元素。

AES算法底层原理与实现(3)

总结

AES算法是一种对称加密算法,具有高度、高速度和高安全性等优点。AES算法的底层原理和实现法包括了密钥扩展、初始轮、重复轮、最终轮、轮函数和S盒等内容。了解AES算法的底层原理和实现法对于理解现代密码学和网络安全具有重要的意义。

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