AES算法原理及实现.pdfVIP

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AES算法及实现

1,AES背景

AES是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的新一代的加密标准。NIST对AES

候选算法基本要求是:对称分组密码体制;密钥长度支持128,192,256位;明文分组长度128

位;算法应易于各种硬件和软件实现。1998年NIST开始AES第一轮征集、分析、测试、

共产生了15个候选算法。1999年8月NIST公布了五种算法(MARS,RC6,Rijindael,Serpent,

Twofish)成为候选算法。最后Rijndarl,这个由比利时人设计的算法与其它候选算法在成为

高级加密标准(AES)的竞争中取得成功,于2000年10月被NIST宣布成为取代DES的新

一代的数据加密标准即AES。尽管人们对AES还有不同的看法,但总体来说Rijndael作为

新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点。AES设计

有三个密钥长度:128,192,256比特,相对而言,AES的128比特密钥比DES的56比特密

21

钥强10倍。

2,AES加密、解密算法原理概述

对称密码算法根据对明文消息加密方式不同科分为两大类,即分组密码和流密码。分组密码

将消息分为固定长度的分组,输出的密文分组通常与输入的明文分组长度相同。AES算法

属于分组密码算法,它的输入分组、输出分组以及K为128,192,或256比特。用Nk=4,6,8

代表密钥串的字数(1字=32比特)用Nr表示对一个数据分组加密的论数,每一轮读需要

一个和输入分组具有相同长度(128比特)的扩展密钥Ke的参与。由于外部输入的加密密

钥K长度有限,所以在AES中要用一个密钥扩展程序把外部密钥K在扩展成更长的比特串,

以生成各轮的加密密钥。

2.1,密钥

密钥(Key)是密码算法中参与运算的数值(或者数值集)。对报文进行加密,我们需要一

个加密算法、一个加密密钥以及明文,并由此产生密文。对报文进行解密,我们需要一个解

密算法、一个解密密钥以及密文,并由此复原原始的明文。

2.2加密变换

AES的加密和解密框图如图1所示。

(1)加密变换

设X施AES的128比特明文输入,Y是128比特的密文输出,则AES的密文Y可以

用下面的复合变换表示:Y=ARSACRSA„„CRSA(X)

kr+1krkr1k1

()()

其中“”表示复合运算。这里A表示对X的一个变换A(X)=X⊕KI(KI为第i轮的

k1ki

子密钥,为比特串的异或运算)。S:S盒置换。即对每一个字节用S-Box做一个置换。S-Box

是一个给定的转换表。R:行置换。C:列置换。S’(x)=a(x)S(X)

这里是特殊的乘法运算,将在下面仔细介绍。

图1

(2)解密变换

解密变换是加密变换的逆转换。

3,AES加密/解密算法的实现

3.1分组加密

表1是三种不同类型的AES加密密钥组大小与相应的加密轮数对照表。

加密开始时,输入分组的各字节按表2的方式装入一个矩阵State中。如输入

ACBDEFGHIJKLMONE则输入块影射到如表2的状态矩阵State中。

AES类型密钥长度分组大小加密轮数AEIM

AES-1284字节4字10BFJO

AES1926字节4字1

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