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应用密码学第五讲 AES算法 复习 DES算法 分组长度 密钥长度 f函数 S盒 轮变换 密钥调度 本节内容 AES （高级数据加密标准） 算法描述 密码分析 RC6算法（自学） RC5算法描述 RC6算法描述 AES算法 1997年9月12日，为了替代即将退役的DES，美国国家标准与技术研究所（NIST）在《联邦纪事》上发表了征集AES算法的公告。1999年3月22日，公布了5个候选算法：MARS, RC6, Rijndael, SERPENT, Twofish。2000年10月2日，由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen提交的Rijndael算法被确定为AES。以下称Rijndael算法为AES算法。2001年11月26日被采纳为一个标准。 AES算法描述 Rijndael分组加密算法的前身是Square分组加密算法，轮变换结构与其基本相同。为了应征AES候选算法，对Square分组加密算法进行了改进。由原来的密钥和分组长均为128比特改为分组和密钥长均可变，可以满足不同的加密需求。 具体参数如下： ①分组长度、密钥长度和加密层数均可变。 ②分组长度和密钥长度支持128、192、256比特。 ③分组和密钥长度可以独立改变，并由此决定加密层数。 为了后面论述方便，进行如下定义： (一) 设计准则 Rijndael加密算法按照如下原则进行设计： ⒈抗所有已知的攻击 ⒉在多个平台上速度要快和编码紧凑 ⒊设计简单 (二) 状态、密钥与轮数 定义：状态（State）：中间密码结果称为状态 Nb = 明文分组的4-字节字数（32比特） Nk = 密钥的4-字节字数（32比特） Nr = 加密的轮数 明文分组（密钥）长度为128比特时，Nb=Nk = 4 明文分组（密钥）长度为196比特时，Nb=Nk = 6 明文分组（密钥）长度为256比特时，Nb=Nk = 8 现以Nb= 6和Nk＝4为例进行图示说明。 分组长度、密钥长度都可以在128bit、192比特和256比特间变化，但是不同的组合需要不同的加密轮数。 分组长度与轮数的关系： AES的总体描述： ①给定一个明文x，将State初始化为x，并进行AddRoundKey操作，将RoundKey与State异或。 ②对前Nr-1轮中的每一轮，用S盒进行一次代换操作，称为SubBytes；对State作一个置换ShiftRows，再对State作一次操作MixColumns，然后进行RoundKey操作。 ③依次进行SubBytes，ShiftRows和AddRoundKey操作。 ④将State定义为明文。 加密开始时，首先将State定义明文字节x0，x1,…x15 SuBytes算法 External FieldInv, BinaryToField, FieldToBinary z ?BinaryToField(a7a6a5a4a3a2a1a0) if z?0 then z ? FieldInv(z) (a7a6a5a4a3a2a1a0) ? FieldToBinary(z) (c7c6c5c4c3c2c1c0) ? //在下面的循环中，所有下标都要经过模8约简 for i ? 0 to 7 do bi ? (ai+ai+4+ai+5+ai+6+ai+7+ci) mod 2 return (b7b6b5b4b3b2b1b0) FieldInv：表示求一个域元素的乘法逆 BinaryToField：把一个字节变成一个域元素 FieldToBinary：把一个域元素变成一个字节 下面我们计算 b0=a0+a4+a5+a6+a7+c0 mod 2 =0+0+0+1+1+1 mod 2 =1 b1=a1+a5+a6+a7+a0+c1 mod 2 =1+0+1+1+0+1 mod 2 =0 …. 结果是： （b7b6b5b4b3b2b1b0）= 以16进制表示就是ED。 上面的结果可以通过查S盒代换表来验证。行号5，列号3，对应ED。 行变换 第0行保持不变，第1～3行分别右循环移动移动C1～C3字节。 其中C1～C3的大小与Nb大小有