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AES加密算法简介
1AES算法的历史背景
AES(AdvancedEncryptionStandard,高级加密标准)是由美国国家标准与技术研究院(NIST)在2001年正式公布的一种加密算法,用于取代原有的DES(DataEncryptionStandard,数据加密标准)和3DES(TripleDES)。AES的前身是Rijndael算法,由比利时密码学家JoanDaemen和VincentRijmen设计。Rijndael算法在NIST的公开竞赛中脱颖而出,因其强大的安全性、高效的性能以及对各种硬件和软件平台的适应性而被选为AES标准。
2AES算法的工作原理
AES是一种对称加密算法,意味着加密和解密使用相同的密钥。它支持128、192和256位的密钥长度,以及128位的块大小。AES算法的核心是一个称为“状态”的128位数据块,该数据块被组织成一个4x4的字节矩阵。AES的加密过程包括以下步骤:
密钥扩展:将原始密钥扩展为一系列子密钥,用于加密过程中的不同轮次。
初始轮:将明文与第一个子密钥进行异或操作。
主轮:进行多次循环,包括字节替代、行移位、列混合和密钥加操作。
最终轮:与主轮类似,但不包括列混合操作。
2.1密钥扩展过程
AES的密钥扩展过程将原始密钥扩展为一系列子密钥,每个子密钥用于加密过程中的一个轮次。密钥扩展过程包括以下步骤:
初始密钥:将原始密钥复制到第一个子密钥。
轮密钥生成:从上一个子密钥生成下一个子密钥,通过应用一系列的变换,包括字节替代、轮密钥加和循环移位。
密钥调度:将生成的子密钥存储在一个数组中,供加密过程使用。
2.1.1密钥扩展代码示例
以下是一个使用Python实现的AES密钥扩展过程的示例:
fromCrypto.CipherimportAES
fromCrypto.UtilimportCounter
frombinasciiimporthexlify,unhexlify
defaes_key_expansion(key):
#将密钥转换为字节
key=unhexlify(key)
#创建AES对象,用于密钥扩展
cipher=AES.new(key,AES.MODE_ECB)
#获取密钥扩展后的轮密钥
expanded_key=cipher._key_schedule
#将轮密钥转换为十六进制字符串,便于查看
expanded_key_hex=[hexlify(round_key)forround_keyinexpanded_key]
returnexpanded_key_hex
#示例:使用128位密钥
key=2b7e151628aed2a6abf7158809cf4f3c
expanded_key=aes_key_expansion(key)
print(ExpandedKey(128-bit):)
fori,round_keyinenumerate(expanded_key):
print(fRound{i}:{round_key})
#示例:使用256位密钥
key=603deb1015ca71be2b73aef0857d77811f352c073b6108d72d9810a30914dff4
expanded_key=aes_key_expansion(key)
print(\nExpandedKey(256-bit):)
fori,round_keyinenumerate(expanded_key):
print(fRound{i}:{round_key})
2.1.2解释
在上述代码中,我们首先定义了一个aes_key_expansion函数,该函数接受一个十六进制字符串形式的密钥作为输入。我们使用unhexlify函数将密钥转换为字节形式,然后创建一个AES对象,使用ECB模式(电子密码本模式)初始化。AES对象的_key_schedule属性包含了密钥扩展后的所有轮密钥。最后,我们将轮密钥转换为十六进制字符串形式,便于查看和理解。
我们分别使用128位和256位的密钥进行了示例,输出了每个轮次的子密钥。通过观察输出,我们可以看到密钥扩展过程如何将原始密钥转换为一系列子密钥,这些子密钥在加密过程中用于不同的轮次。
3AES算法的应用场景
AES算法因其强大的安全性和广泛的适用性,被广泛应用于各种场景,包括但不限于:
数据加密:保护存储在硬盘、USB驱动器或网络上的数据。
通信安全:加密网络通信,
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