劉俊

摘要：AES是美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所宣布采用的高級加密標(biāo)準(zhǔn)，被全世界廣泛使用。本文對AES算法進行了詳細(xì)地分析和研究，在此基礎(chǔ)上闡述了該算法的實現(xiàn)原理和過程，并通過編程簡單實現(xiàn)該算法的加密解密過程。

關(guān)鍵詞： AES；加密算法；解密算法

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）02-0184-03

Abstract： AES is announced the use of advanced encryption standards by United States national standards and Technology Institute. It was widely used in the world. In this paper， the AES algorithm is researched deeply on implementation principle and process of the algorithm，the encryption and decryption of the algorithm. Then， algorithm is realized by programming.

Key words： AES； encryption algorithm； decryption algorithm

1概述

互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展極大改變了人們工作生活方式，是信息往來的重要手段。人們可以通過互諒網(wǎng)瀏覽遠程主機的資源，或者可以通過email在網(wǎng)上交傳遞郵件信息，極大地提高了工作效率。然而，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)給人們帶來方便的同時，也給用戶提出了新的安全挑戰(zhàn)。TCP/IP協(xié)議是國際互聯(lián)網(wǎng)的核心通信協(xié)議，是對等計算機通信規(guī)則和規(guī)范的集合，TCP/IP協(xié)議在當(dāng)初設(shè)計實現(xiàn)時是存在一定缺陷的，數(shù)據(jù)在傳輸?shù)侥康闹鳈C前需要經(jīng)過中間計算機和通信線路，而這些中間路徑對于源主機和目的主機都是透明的，或者說收發(fā)主機用戶并不關(guān)心這些中間過程。數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能受到第三方的攻擊干擾，如偵聽、竊取等。因此互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會經(jīng)受各種安全挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)加密技術(shù)和數(shù)字簽名技術(shù)是解決網(wǎng)絡(luò)信息安全的技術(shù)手段，其理論支撐是密碼學(xué)。它的基本思想是對發(fā)送端發(fā)出原始明文進行復(fù)雜的變換，變換數(shù)據(jù)不具有規(guī)律性，十分雜亂，稱之為加密過程。傳輸途中的中間主機很難破譯原始明文，達到數(shù)據(jù)保密的效果。而合法的終端計算機用戶則可以借助密鑰密鑰和解密算法將密文還原成明文。而加密算法是密碼學(xué)的重要研究內(nèi)容，高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）是一種流行的非對稱加密算法，有關(guān)資料文獻中有該算法描述，但附有完整的程序?qū)崿F(xiàn)較少，本文介紹該算法程序?qū)崿F(xiàn)，讓大家建立該算法感性認(rèn)識。。

2 AES加密算法

2.1算法描述

AES算法是一個數(shù)據(jù)塊和密鑰長度都可變的迭代分組加密算法，數(shù)據(jù)塊長度和密鑰長可分別為128，192，256位。在加密之前，對數(shù)據(jù)塊做預(yù)處理。首先，把數(shù)據(jù)塊寫成字的形式，每個字包含4個字節(jié)，每個字節(jié)包含8個比特信息；其次，把字記為列的形式。這樣數(shù)據(jù)塊就可以用以下形式：

AES算法的加密是將明文塊經(jīng)過白化技術(shù)處理后，進入輪函數(shù)，而入輪函數(shù)又由字節(jié)代換、行移變換、列變換和密鑰4個變換組成，這樣經(jīng)過Nr輪之后，把明文變換成密文塊。為了在同一算法中實現(xiàn)加密和解密，需要對最后一輪做必要的調(diào)整，最后一輪沒有列變換。

2.2算法實現(xiàn)

（1）AES輪變換

AES算法屬于分組密鑰算法，分組密鑰算法加密過程、解密過程、輸入分組和輸出分組過程中的中間分組都是128比特。AES的輪變換是基于AddRoundKey，SubBytes，ShiftRow和MixColumn等4種變換的復(fù)合。限于篇幅，僅介紹前面兩種變換。AddRoundKey變換過程密鑰將會與原矩陣合并。每次循環(huán)加密中，都會由主密鑰產(chǎn)生一把回合密鑰（通過Rijndael密鑰生成方案產(chǎn)生），密鑰大小會跟原矩陣一樣，以與原矩陣中每個對應(yīng)的字節(jié)作異或（⊕）運算。其示意圖如圖1所示。

（2）SubBytes變換，字節(jié)變換（SubBytes）是作用在字節(jié)上的一種非線性字節(jié)變換，這個變換（或稱S-盒）是可逆的，它定義為圖2的形式。這種利用有限域上的逆映射構(gòu)造S-盒好處是：表述簡單，使人相信沒有陷門，最重要的是其具有良好的抗差分析和線性分析的能力。附件的仿射變換，目的是用來復(fù)雜化S-盒的代數(shù)表達，以防止代數(shù)插值攻擊。當(dāng)然具體實現(xiàn)時，S-盒也可用查表法來實現(xiàn)。其部分代碼如下：

（3）加解密算法程序?qū)崿F(xiàn)

加密主要是實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的加密，先讀進明文，利用密鑰產(chǎn)生輪子密鑰，然后進行各種輪變化，最終形成密文，其實現(xiàn)流程圖如下3所示。解密算法程序?qū)崿F(xiàn)這部分主要實現(xiàn)對加密數(shù)據(jù)信息進行解密。其具體實現(xiàn)是：先讀進密文，利用密鑰產(chǎn)生輪子密鑰，然后進行各種逆輪變換，最后得出明文。其實現(xiàn)流程圖如圖4所示。

3 結(jié)論

AES在實現(xiàn)方面具有速度快、可并行處理、對處理器的結(jié)構(gòu)無特殊要求，算法設(shè)計相對簡單，分組長度可以改變，而且具有很好的可擴充性，本文對AES算法進行了詳細(xì)地分析和研究，本文介紹了AES加密解密算法基本思想和主要步驟， 最后用程序?qū)崿F(xiàn)該算法。

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