AES加密算法分析及其安全性研究
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的 能 力 分 析
出 ， ６轮 以下 的 Ａ Ｓ算 法进 行 Ｓ ｕｒ 对 Ｅ ｑａ ｅ攻击 是 可能 的 ， 于这点考虑 ， 全 的 Ａ Ｓ算 法 的轮数必 须大 于 基 安 Ｅ
１９ ９０年 ，ｌ Ｂｈ ｍ 和 Ａ ｉ ｈｍ ｒ 出 了 差分 密 Ｅｉ ｉ ａ ｄ ｓａ ｉ 提 码分 析 ； 而线 性 密码 分析 是 由 Ｍｉｕｕ Ｍ ｔ ｉ 先提 ｔ ｒ ａ ｕ 首 ｓ ｓ
法 。从 Ｓ ｕ ｅ基 本 攻 击 和 扩 展 攻 击 的分 析 可 以看 ｑ ａ ｒ
强 力攻击 的攻击 复 杂度 只依 赖 于分组 长 度 和 密 钥 长度 ，Ｅ Ａ Ｓ算 法 的密 钥长 度最 小是 １８比特 ， ２ 即使
每秒钟能够完成 ２ 个密钥 的搜索 ， 至少需要 的时间 大约 是 １９万 亿年 。 因此 ， ｉｄｅ 算 法对强 力 攻击 ４ Ｒｊ ａｌ ｎ 是免疫 的 。 ２ １２Ａ Ｓ算 法抵 抗 差 分 分 析和 线 性 密 码 分析 ． ． Ｅ
逐渐显现 出许多不足之处 ， 它的安全 强度 已经 不能满
层， 对当前 的状 态 阵按行 移位 ， 列混 合 ； ４层 （ 按 第 密 钥 加层 ） 用子密钥 与 当前状 态阵进 行字 节上 的异 或 。
具体算法结构如图 １ 所示。
足人们 的需求 。Ａ Ｓ是继 Ｄ Ｓ之 后新一 代 的数据加 Ｅ Ｅ
算攻击 一Ｘ Ｌ攻击。 Ｓ
关键词
高级加密标准 ； ｉ ｄ ｅ 算－ ｘ Ｚ； Ｒｊ ａｌ ： Ｌ－ 安全性 ｎ － ｋ； －
换 ； ２层 （ 第 行移 位 ） 和第 ３层 （ 列混 合 ） 线性 混合 是
０引 言
信息安全是计算机科学技术 的热点领域 ， 据加 数 密则是信息 安全 的重要手 段 。随着科 技 的进 步和 数 据加密标 准 的不断 发展 ， 统 的对 称 式 Ｄ Ｓ算法 已 传 Ｅ
密标准 。
１９ ９７年 ， 国 国家标 准 技术 研 究所 （ ＩＴ 发布 美 ＮＳ ） 公告 征 集 新 的 加 密 标 准 ，００年 由 比利 时 的 Ｊａ ２０ ｏｎ
Ｄ ｅ ｎ和 Ｖ ｎｅｔ ｉ ｅ ａｍｅ ｉｃｎ ｊ ｎ提 交 的 Ｒｊｄｅ 算法 被 不 Ｒｍ ｉ ａｌ ｎ 加修 改地宣 布为 Ａ Ｓ算法 。该算 法经 验证 是所 有候 Ｅ
Ｓ ｕｒ ｑａ ｅ攻击是 一种专 门针对 Ｓ ｕ ｅ简 化版 本 的 ｑａ ｒ
对 密码 的攻击 就是 指不知道 系统所 用 的密 钥 ， 但 通过分析可 以从 截 获 的密 文推 断 出原来 的 明 文活 着 密钥的过程 。密 码 的抗 攻击 能力 强弱 表 示该 密码 安 全性 的高低 。 ２ １１Ａ Ｓ算法抵抗 强力攻击 能力分析 ．． Ｅ
维普资讯
Ｃ ｍｐ ｔｒ ｐ ｌ ａｉｎ ｆＰ ｔ ｌｕ ２０ ，ｏ．６Ｎ ． ｏ ｕｅ ｐ ｉ ｔ ｓｏ ｅｒ ｅｍ ０８Ｖ １１ ｏ２ Ａ ｃ ｏ ｏ
其 安 全 性 研 究
摘 要 Ａ Ｓ是新一代数据加 密标准 ， Ｅ 确定分组 密码 Ｒｊｄ ｅ 为其 算 法 ， 各行业各部 门获得 了广泛 ｉ ａｌ ｎ 在 的应用。文章介绍 了 Ｒｊｄ ｅ 算法的原理 ， ｉ ａｌ ｎ 分析 了 Ａ Ｓ算法 的安 全性能 ， Ｅ 并给 出了最新的一种代 数计
攻击 ， 而在文献［ ］ Ｓ Ｌ ｃｓ ４ 中，． ｕｋ 建议把利用 Ｓｕ ｅ ｑａ 算 ｒ
法基于字节 的结 构对 密码 算 法进 行 攻击 的方 法 叫做
渗透攻击 。又 可以根 据算 法 简单 分 为 Ｓｕ ｅ基本攻 ｑａ ｒ 击 和扩展攻击 两种类型 。 Ｒｊｄｅ算法 集 成 了 Ｓｕ ｅ算 法 面 向字 节 结 构 ｉ ａｌ ｎ ｑａ ｒ 的特点 ， 因此 Ｓｕｒ 击 也 同样 适 用 于 Ｒｊｄｅ算 ｑａｅ攻 ｉ ａｌ ｎ
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石油工业计算机 应 用 ２０ 年 ６ ０８ 第１卷第２ 期
攻击能力 和弱密钥 分析对 Ｒｊｄｅ 算法进行 讨论 。 ｉ ａｌ ｎ
２线性密 码分析 。
４ ７
２ １３Ａ Ｓ算法抵抗渗 透攻 击能力分析 ．． Ｅ
选算 法 中安全性 能最 高 、 运行 速 度 最快 ， 又是迭 代 分 组的密码算法 。由于其分组长度 和密钥 长度均可 变 ，
因此在使用上更加灵活 、 安全 。
【 ） Ｅ 算法 抠Ｉ ａ ＡＳ 圭 ｛
（ １一轮 Ａ Ｓ ｂ Ｅ 结构
图 １ Ａ Ｓ算法 结 构 Ｅ
图 １中 ，ａ 图给出了算法 的整体结 构 ， （） 输入 明文 ｘ与子密钥 Ｉ 异或 ， （ ０ 然后经过 ｒ 轮迭代最终生成 密文 Ｙ， 中 １ ｒ １ 其 第 到 一 轮迭代结构为图（ ）第 ｒ ｂ ， 轮与前
２Ａ Ｓ Ｅ 算法的安全性能分析
一
个密码算 法 的有 效性 首先 体现 在 可靠 的安 全
性上 ， 而安全性 又 由其抗 攻击 能 力来 实 现 ， 常见 的密 码攻击有 ： 强力 攻击 、 透攻 击 、 Ｓ 渗 Ｘ Ｌ攻击 ， 还有 差 分 分析 和线 性密码 分 析等 。本 文将 根据 密码 算法 的抗
面各轮稍微有点 不同 ， 少混合 层。 缺
１ Ｅ Ｓ算法 的框 架描 述 Ａ
Ｒｊｄｅ算法 是一 个 可 变 数据 块 长 和 可变 密 钥 ｉ ａｌ ｎ 长的分组迭代加密算法 ， 数据块长和密钥长可分别为 １８ １２或 ２ ６比特 ， 为 了满 足 Ａ Ｓ的要 求 ， 组 ２ ，９ ５ 但 Ｅ 分 长度为 １８比特 ， ２ 密钥长度 为 １８ １２ ２６比特 。 ２ ，９ 或 ５ Ａ Ｓ密码算 法 采用 的 是代 替一 置换 网络 （ Ｐ Ｅ ＳＮ） 结构 ， 每一轮操作 由 ４层 组成 ： １层 （ 节 替换 ） 第 字 为 非线性层 ， Ｓ盒对每一轮 中的单个 字节分 别进行替 用
出 ， ６轮 以下 的 Ａ Ｓ算 法进 行 Ｓ ｕｒ 对 Ｅ ｑａ ｅ攻击 是 可能 的 ， 于这点考虑 ， 全 的 Ａ Ｓ算 法 的轮数必 须大 于 基 安 Ｅ
１９ ９０年 ，ｌ Ｂｈ ｍ 和 Ａ ｉ ｈｍ ｒ 出 了 差分 密 Ｅｉ ｉ ａ ｄ ｓａ ｉ 提 码分 析 ； 而线 性 密码 分析 是 由 Ｍｉｕｕ Ｍ ｔ ｉ 先提 ｔ ｒ ａ ｕ 首 ｓ ｓ
法 。从 Ｓ ｕ ｅ基 本 攻 击 和 扩 展 攻 击 的分 析 可 以看 ｑ ａ ｒ
强 力攻击 的攻击 复 杂度 只依 赖 于分组 长 度 和 密 钥 长度 ，Ｅ Ａ Ｓ算 法 的密 钥长 度最 小是 １８比特 ， ２ 即使
每秒钟能够完成 ２ 个密钥 的搜索 ， 至少需要 的时间 大约 是 １９万 亿年 。 因此 ， ｉｄｅ 算 法对强 力 攻击 ４ Ｒｊ ａｌ ｎ 是免疫 的 。 ２ １２Ａ Ｓ算 法抵 抗 差 分 分 析和 线 性 密 码 分析 ． ． Ｅ
逐渐显现 出许多不足之处 ， 它的安全 强度 已经 不能满
层， 对当前 的状 态 阵按行 移位 ， 列混 合 ； ４层 （ 按 第 密 钥 加层 ） 用子密钥 与 当前状 态阵进 行字 节上 的异 或 。
具体算法结构如图 １ 所示。
足人们 的需求 。Ａ Ｓ是继 Ｄ Ｓ之 后新一 代 的数据加 Ｅ Ｅ
算攻击 一Ｘ Ｌ攻击。 Ｓ
关键词
高级加密标准 ； ｉ ｄ ｅ 算－ ｘ Ｚ； Ｒｊ ａｌ ： Ｌ－ 安全性 ｎ － ｋ； －
换 ； ２层 （ 第 行移 位 ） 和第 ３层 （ 列混 合 ） 线性 混合 是
０引 言
信息安全是计算机科学技术 的热点领域 ， 据加 数 密则是信息 安全 的重要手 段 。随着科 技 的进 步和 数 据加密标 准 的不断 发展 ， 统 的对 称 式 Ｄ Ｓ算法 已 传 Ｅ
密标准 。
１９ ９７年 ， 国 国家标 准 技术 研 究所 （ ＩＴ 发布 美 ＮＳ ） 公告 征 集 新 的 加 密 标 准 ，００年 由 比利 时 的 Ｊａ ２０ ｏｎ
Ｄ ｅ ｎ和 Ｖ ｎｅｔ ｉ ｅ ａｍｅ ｉｃｎ ｊ ｎ提 交 的 Ｒｊｄｅ 算法 被 不 Ｒｍ ｉ ａｌ ｎ 加修 改地宣 布为 Ａ Ｓ算法 。该算 法经 验证 是所 有候 Ｅ
Ｓ ｕｒ ｑａ ｅ攻击是 一种专 门针对 Ｓ ｕ ｅ简 化版 本 的 ｑａ ｒ
对 密码 的攻击 就是 指不知道 系统所 用 的密 钥 ， 但 通过分析可 以从 截 获 的密 文推 断 出原来 的 明 文活 着 密钥的过程 。密 码 的抗 攻击 能力 强弱 表 示该 密码 安 全性 的高低 。 ２ １１Ａ Ｓ算法抵抗 强力攻击 能力分析 ．． Ｅ
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Ｃ ｍｐ ｔｒ ｐ ｌ ａｉｎ ｆＰ ｔ ｌｕ ２０ ，ｏ．６Ｎ ． ｏ ｕｅ ｐ ｉ ｔ ｓｏ ｅｒ ｅｍ ０８Ｖ １１ ｏ２ Ａ ｃ ｏ ｏ
其 安 全 性 研 究
摘 要 Ａ Ｓ是新一代数据加 密标准 ， Ｅ 确定分组 密码 Ｒｊｄ ｅ 为其 算 法 ， 各行业各部 门获得 了广泛 ｉ ａｌ ｎ 在 的应用。文章介绍 了 Ｒｊｄ ｅ 算法的原理 ， ｉ ａｌ ｎ 分析 了 Ａ Ｓ算法 的安 全性能 ， Ｅ 并给 出了最新的一种代 数计
攻击 ， 而在文献［ ］ Ｓ Ｌ ｃｓ ４ 中，． ｕｋ 建议把利用 Ｓｕ ｅ ｑａ 算 ｒ
法基于字节 的结 构对 密码 算 法进 行 攻击 的方 法 叫做
渗透攻击 。又 可以根 据算 法 简单 分 为 Ｓｕ ｅ基本攻 ｑａ ｒ 击 和扩展攻击 两种类型 。 Ｒｊｄｅ算法 集 成 了 Ｓｕ ｅ算 法 面 向字 节 结 构 ｉ ａｌ ｎ ｑａ ｒ 的特点 ， 因此 Ｓｕｒ 击 也 同样 适 用 于 Ｒｊｄｅ算 ｑａｅ攻 ｉ ａｌ ｎ
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石油工业计算机 应 用 ２０ 年 ６ ０８ 第１卷第２ 期
攻击能力 和弱密钥 分析对 Ｒｊｄｅ 算法进行 讨论 。 ｉ ａｌ ｎ
２线性密 码分析 。
４ ７
２ １３Ａ Ｓ算法抵抗渗 透攻 击能力分析 ．． Ｅ
选算 法 中安全性 能最 高 、 运行 速 度 最快 ， 又是迭 代 分 组的密码算法 。由于其分组长度 和密钥 长度均可 变 ，
因此在使用上更加灵活 、 安全 。
【 ） Ｅ 算法 抠Ｉ ａ ＡＳ 圭 ｛
（ １一轮 Ａ Ｓ ｂ Ｅ 结构
图 １ Ａ Ｓ算法 结 构 Ｅ
图 １中 ，ａ 图给出了算法 的整体结 构 ， （） 输入 明文 ｘ与子密钥 Ｉ 异或 ， （ ０ 然后经过 ｒ 轮迭代最终生成 密文 Ｙ， 中 １ ｒ １ 其 第 到 一 轮迭代结构为图（ ）第 ｒ ｂ ， 轮与前
２Ａ Ｓ Ｅ 算法的安全性能分析
一
个密码算 法 的有 效性 首先 体现 在 可靠 的安 全
性上 ， 而安全性 又 由其抗 攻击 能 力来 实 现 ， 常见 的密 码攻击有 ： 强力 攻击 、 透攻 击 、 Ｓ 渗 Ｘ Ｌ攻击 ， 还有 差 分 分析 和线 性密码 分 析等 。本 文将 根据 密码 算法 的抗
面各轮稍微有点 不同 ， 少混合 层。 缺
１ Ｅ Ｓ算法 的框 架描 述 Ａ
Ｒｊｄｅ算法 是一 个 可 变 数据 块 长 和 可变 密 钥 ｉ ａｌ ｎ 长的分组迭代加密算法 ， 数据块长和密钥长可分别为 １８ １２或 ２ ６比特 ， 为 了满 足 Ａ Ｓ的要 求 ， 组 ２ ，９ ５ 但 Ｅ 分 长度为 １８比特 ， ２ 密钥长度 为 １８ １２ ２６比特 。 ２ ，９ 或 ５ Ａ Ｓ密码算 法 采用 的 是代 替一 置换 网络 （ Ｐ Ｅ ＳＮ） 结构 ， 每一轮操作 由 ４层 组成 ： １层 （ 节 替换 ） 第 字 为 非线性层 ， Ｓ盒对每一轮 中的单个 字节分 别进行替 用