AES加密算法原理(图文)
A E S 加 密 算 法 的 原 理 详 解
AES加密算法原理AES加密算法原理AES是作为DES的替代标准出现的，全称Advanced Encryption Standard，即：高级加密标准。
AES加密算法，经历了公开的选拔，最终2000年，由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计的Rijndael算法被选中，成为了AES标准。
AES明文分组长度为128位，即16个字节，密钥长度可以为16个字节、24个字节、或32个字节，即128位密钥、192位密钥、或256位密钥。
总体结构AES中没有使用Feistel网络，其结构称为SPN结构。
和DES相同，AES也由多个轮组成，其中每个轮分为SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey 4个步骤，即：字节代替、行移位、列混淆和轮密钥加。
根据密钥长度不同，所需轮数也不同，128位、192位、256位密钥，分别需要10轮、12轮和14轮。
第1轮之前有一次AddRoundKey，即轮密钥加，可以视为第0轮；之后1至N-1轮，执行SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey；最后一轮仅包括：SubBytes、MixColumns、AddRoundKey。
AES总体结构示意图：加密整体流程加密的代码实现：func encryptBlockGo(xk []uint32, dst, src []byte) {var s0, s1, s2, s3, t0, t1, t2, t3 uint32--按4x4矩阵排列s0 = uint32(src[0])24 | uint32(src[1])16 | uint32(src[2])8 | uint32(src[3])s1 = uint32(src[4])24 | uint32(src[5])16 | uint32(src[6])8 | uint32(src[7])s2 = uint32(src[8])24 | uint32(src[9])16 | uint32(src[10])8 | uint32(src[11])s3 = uint32(src[12])24 | uint32(src[13])16 | uint32(src[14])8 | uint32(src[15])-- 第1次轮密钥加s0 ^= xk[0]s1 ^= xk[1]s2 ^= xk[2]s3 ^= xk[3]--nr为中间重复轮数--例如128位密钥，44字子密钥，此处为9轮---2位去除开头和结尾轮nr := len(xk)-4 - 2--4表示已使用了4个字子密钥for r := 0; r nr; r++ {--此处代码包括字节代替、行移位、列混淆、轮密钥加t0 = xk[k+0] ^ te0[uint8(s024)] ^ te1[uint8(s116)] ^ te2[uint8(s28)] ^ te3[uint8(s3)]t1 = xk[k+1] ^ te0[uint8(s124)] ^ te1[uint8(s216)] ^ te2[uint8(s38)] ^ te3[uint8(s0)]t2 = xk[k+2] ^ te0[uint8(s224)] ^ te1[uint8(s316)] ^ te2[uint8(s08)] ^ te3[uint8(s1)]t3 = xk[k+3] ^ te0[uint8(s324)] ^ te1[uint8(s016)] ^ te2[uint8(s18)] ^ te3[uint8(s2)]s0, s1, s2, s3 = t0, t1, t2, t3--最后一轮仅包括字节代替、行移位、轮密钥加--此处为字节代替和行移位s0 = uint32(sbox0[t024])24 | uint32(sbox0[t1160xff])16 | uint32(sbox0[t280xff])8 | uint32(sbox0[t30xff])s1 = uint32(sbox0[t124])24 | uint32(sbox0[t2160xff])16 | uint32(sbox0[t380xff])8 | uint32(sbox0[t00xff])s2 = uint32(sbox0[t224])24 | uint32(sbox0[t3160xff])16 | uint32(sbox0[t080xff])8 | uint32(sbox0[t10xff])s3 = uint32(sbox0[t324])24 | uint32(sbox0[t0160xff])16 | uint32(sbox0[t180xff])8 | uint32(sbox0[t20xff])--轮密钥加s0 ^= xk[k+0]s1 ^= xk[k+1]s2 ^= xk[k+2]s3 ^= xk[k+3]dst[0], dst[1], dst[2], dst[3] = byte(s024), byte(s016), byte(s08), byte(s0)dst[4], dst[5], dst[6], dst[7] = byte(s124), byte(s116), byte(s18), byte(s1)dst[8], dst[9], dst[10], dst[11] = byte(s224), byte(s216), byte(s28), byte(s2)dst[12], dst[13], dst[14], dst[15] = byte(s324), byte(s316), byte(s38), byte(s3)密钥扩展Nk表示初始密钥的字数，一个字为4个字节，以16字节初始密钥为例，初始密钥共计4个字。
aes加密原理
aes加密原理AES（AdvancedEncryptionStandard）是一种对称加密算法，由美国国家标准技术研究所（NIST）发布。
AES加密算法是2001年美国国家标准技术研究所（NIST）颁布的一种数据加密标准，取代了DES（Data Encryption Standard）加密标准。
AES被广泛地应用在电子数据传输安全领域，特别是在银行、金融领域中得到了广泛的应用。
AES加密算法是一种分组密码，采用对称加密方式，即加密和解密使用相同的密钥。
AES加密算法可以使用128位（16字节）、192位（24字节）或256位（32字节）密钥。
它采用128位（16字节）分组来处理输入的明文数据，并将其分成4 * 4的字节矩阵。
AES加密算法基于一种叫做“置换-混淆”的基本原理，它在处理加密数据时，先将明文置换（变换），然后进行混淆（也就是扩散），最后再进行置换（变换）。
AES加密算法的安全性有很多方面的体现，它采用128位（16字节）、192位（24字节）或256位（32字节）密钥，有效提高了安全性。
AES加密算法是一种块加密方案，将明文以比较小的块进行处理，采用“替换置换”工作模式，使用S-box对明文进行替换，利用置换矩阵对明文进行筛选，大大增加了破解难度。
此外，AES使用相同的密钥对数据进行加解密，其算法设计上、系统实现都非常简单，它传输的安全性、安全可控性也更强。
AES加密安全性可靠，在电子数据传输安全领域有着广泛的应用，也被广泛应用于金融领域，但同时也存在一些安全隐患。
主要表现在，AES加密算法安全性受到各种攻击的影响，包括侦测攻击、中间人攻击和量子计算机攻击等。
侦测攻击是指在加密通信时，窃取到的信息及控制信息，从而进行攻击的一种技术；中间人攻击是指发起攻击的第三方拦截消息，窃取双方之间的明文，从而实现访问的一种攻击；量子计算机攻击是指利用量子计算机技术，破坏AES加密算法的安全性，实施访问的一种攻击方式。
最新AES加密算法详解精品课件
第七页，共37页。
Fig 2. 以明文(míngwén)分组（或密钥） 为128bits、192bits 、256bits为例组成的
阵列
0 4 8 12 1 5 9 13 2 6 10 14 3 7 11 15
0 4 8 12 16 20 1 5 9 13 17 21 2 6 10 14 18 22 3 7 11 15 19 23
ByteRotation
InvByteRotation
for i=9 to 0
for i=1 to 10
MixColumn
i=10
＋ Ki
Ciphertext(128 bits)
加密(jiā mì)
第二十三页，共37页。
InvByteSubstitution
＋
Ki
Plaintext(128 bits)
AES 的密钥调度(diàodù) 密钥调度(diàodù)包括两个部分：密
钥扩展和轮密钥选取。
• 密钥bit的总数＝分组长度×（轮数Round＋1） 例如当分组长度为128bits和轮数Round为10时， 轮密钥长度为128×(10＋1)＝1408bits。
• 将密码密钥扩展成一个(yī ɡè)扩展密钥。 • 从扩展密钥中取出轮密钥：第一个(yī ɡè)轮密钥
0 4 8 12 16 20 24 28 1 5 9 13 17 21 25 29 2 6 10 14 18 22 26 30 3 7 11 15 19 23 27 31
第八页，共37页。
一些相关的的术语(shùyǔ)定义和表示
• 状态（State）：密码运算的中间结果(jiē guǒ)称 为状态。
aes的原理
aes的原理AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，它是目前使用最广泛的加密算法之一。
AES的原理是将明文分块，每个块的大小为128位，然后通过一系列的加密操作，将明文转化为密文。
以下是AES的详细原理：1. 密钥扩展在AES中，密钥的长度可以是128位、192位或256位。
在加密之前，需要对密钥进行扩展，以生成一系列的轮密钥。
这些轮密钥用于每一轮加密操作中，以确保加密的安全性。
2. 初始轮在初始轮中，明文和轮密钥进行一次异或操作。
这个操作将明文转化为一个中间状态，称为“状态”。
3. 轮变换在接下来的9轮中，AES使用一种称为“SubBytes”的操作，将状态中的每个字节替换为一个固定的值。
然后，AES使用“ShiftRows”操作，将状态中的每一行进行循环移位。
接着，AES使用“MixColumns”操作，对状态中的每一列进行线性变换。
最后，AES使用轮密钥对状态进行一次异或操作。
4. 最终轮在最后一轮中，AES使用SubBytes、ShiftRows和轮密钥的异或操作，但是没有MixColumns操作。
5. 解密AES的解密过程与加密过程类似，但是使用了相反的操作。
解密过程中，需要使用与加密相同的轮密钥，但是需要按照相反的顺序使用这些轮密钥。
总之，AES是一种安全、高效的加密算法。
它通过密钥扩展、初始轮、轮变换和最终轮，将明文转化为密文。
在解密过程中，需要按照相反的顺序使用轮密钥，以恢复原始的明文。
A E S 加 密 算 法 的 原 理 详 解 ( 2 0 2 0 )
# AES加密原理-详解0 AES简介美国国家标准技术研究所在2001年发布了高级加密标准（AES）。
AES 是一个对称分组密码算法，旨在取代DES成为广泛使用的标准。
根据使用的密码长度，AES最常见的有3种方案，用以适应不同的场景要求，分别是AES-128、AES-192和AES-256。
本文主要对AES-128进行介绍，另外两种的思路基本一样，只是轮数会适当增加。
1 算法流程AES加解密的流程图如下：AES加密过程涉及到4种操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。
解密过程分别为对应的逆操作。
由于每一步操作都是可逆的，按照相反的顺序进行解密即可恢复明文。
加解密中每轮的密钥分别由初始密钥扩展得到。
算法中16字节的明文、密文和轮密钥都以一个4x4的矩阵表示。
接下来分别对上述5种操作进行介绍。
1.1 字节代替下图(a)为S盒，图(b)为S-1（S盒的逆）S和S-1分别为16x16的矩阵。
假设输入字节的值为a=a7a6a5a4a3a2a1a0，则输出值为S[a7a6a5a4][a3a2a1a0]，S-1的变换也同理。
例如：字节00替换后的值为（S[0][0]=）63，再通过S-1即可得到替换前的值，（S-1 [6][3]=）00。
1.2 行移位行移位的功能是实现一个4x4矩阵内部字节之间的置换。
1.2.1 正向行移位正向行移位的原理图如下：实际移位的操作即是：第一行保存不变，第二行循环左移1个字节，第三行循环左移2个字节，第四行循环左移3个字节。
假设矩阵的名字为state，用公式表示如下：state’[i][j] = state[i][(j+i)%4];其中i、j属于[0,3]1.2.2 逆向行移位逆向行移位即是相反的操作，用公式表示如下：state’[i][j] = state[i][(4+j-i)%4];其中i、j属于[0,3]1.3 列混淆列混淆：利用GF(28)域上算术特性的一个代替。
AES算法加解密原理及安全性分析
AES算法加解密原理及安全性分析AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是一种对称加密算法，用于对数据进行加密和解密。
它是最常用的加密算法之一，被广泛应用于各种信息安全相关领域。
1.密钥扩展：对输入的密钥进行扩展，生成多轮的子密钥用于后续的加密和解密操作。
2.初始轮：将明文与第一轮子密钥进行异或运算。
3.多轮加密：AES算法有128位、192位和256位三种密钥长度，这里以128位密钥为例。
将16字节的明文分为4x4的字节矩阵（称为状态矩阵），与当前轮子密钥进行一系列变换，包括字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加等。
这些变换使得密文显示复杂性，增加了破解难度。
4.最后一轮：最后一轮加密与之前的多轮加密略有不同，没有列混淆操作。
5.密文生成：最后一个状态矩阵与最后一轮的子密钥进行异或运算，得到最终的密文。
解密操作与加密操作相似，只是密钥的使用顺序相反，即先使用最后一轮子密钥进行解密，然后逆向进行多轮解密，最后使用第一轮子密钥进行解密，得到原始的明文。
1.密钥长度：AES算法支持三种密钥长度，对于相同的明文和密文，密钥长度越长，破解难度越大。
目前来说，128位密钥足够安全，128位以上的密钥更加安全。
2.穷举攻击：穷举攻击是一种尝试所有可能的密钥组合来破解加密算法的方法。
对于AES算法，由于密钥长度较长，穷举攻击需要耗费巨大的计算资源和时间，对抗穷举攻击具备较高的安全性。
3.差分密码分析：差分密码分析是一种基于统计模型的攻击方法，通过观察明文、密文和密钥对之间的差异性，推断密码的相关信息。
AES算法在设计时考虑了差分密码分析的攻击方法，实现了一系列抵御差分密码分析的特性，提高了算法的安全性。
4.线性密码分析：线性密码分析是一种基于统计特性的攻击方法，通过线性逼近密钥和明文之间的关系，来逐渐推断出密钥。
AES算法在设计时也考虑了线性密码分析的攻击方法，加入了一系列防护机制，提高了算法的安全性。
AES算法原理
AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。明确地说，AES 是一个迭代的、 对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和 256 位密钥，并且用 128 位（16字节） 分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加 密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据 的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个 循环结构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。
(2)字节代换：对字循环的结果使用S盒进行字节代换。
(3)轮常量异或：将前两步的结果同轮常量Rcon[j]进行异或， 其中j表示轮数。
轮常量是一个字，使用轮常量是为了防止不同轮中产生的轮 密钥的对称性或相似性。
表 1-9 轮常量值表
J
1
2
3
4
5
Rcon[j] J
Rcon[j]
01000000 6
a30 a31 a32 a33 a34 a35
k10 k11 k12 k13 k14 k15 k20 k21 k22 k23 k24 k25
k30 k31 k32 k33 k34 k35 图 1-3 密钥加运算示意图
AES的密钥调度
密钥bit的总数 = 分组长度 x ( 轮数Round + 1 )
5 36 2F C2 D9 68 ED
6 A5 FF 23 24 98 B9
7 38 87 3D B2 16 DA
8 BF 34 EE 76 D4 5E
9 40 8E 4C 5B A4 15
A A3 43 95 A2 5C 46
B 9E 44 0B 49 CC 57
AES算法结构ppt
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16
字节代替
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17
S盒
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18
2、行移位变换
• 4X4的state矩阵第一行保持不变，第二行循环左移一个字 节，第三行循环左移两个字节，第四行循环左移三个字节 。
S0,0 S0,1 S0,2 S0,3 S1,0 S1,1 S1,2 S1,3 S2,0 S2,1 S2,2 S2,3 S3,0 S3,1 S3,2 S3,3 S0,0 S0,1 S0 S0,3
01
23
45
67
89
ab
cd
ef
fe
dc
ba
98
76
54
32
10
字节
01
89
fe
76
字节
23
输入矩阵 (16字节)
ab dc
cd ba
54
32
45
67
ef
98
10
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8
• 明文—16字节(128位)
输入state (16字节) 初始变换
密钥—M字节
第0轮的密钥 (16字节)
初始变换 后的state (16字节) 第一轮(4种变换)
j 1 2 02 3 04 4 08 5 10 6 20 7 40 8 9 10 36
RC[j] 01
80 1B
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25
简化AES
• 简化AES(S-AES)是Santa Clara大学的Edward Schaefer教授以及他的几个学生开发出来的。 • 加密算法以16位分组的明文作为输入，使用16位 的密钥产生16位分组的密文。 • S-AES解密算法以16位分组的密文作为输入，使用 同样的16位密钥产生16位分组的原始明文。
AES的加密和解密PPT课件
E E1 F8 98 11 69 D9 8E 94 9B 1E 87 E9 CE 55 28 DF
F 8C A1 89 0D BF E6 42 68 41 99 2D 0F B0 54 BB 16
-
6
GF(28)上域元素的乘法逆元
求次数小于8的非零多项式b(x)的乘法 逆元，首先利用多项式的扩展欧几里得 算法得出两个多项式a(x)和c(x)，使得 满足b(x)a(x)+p(x)c(x)=1， 即满足 a(x)·b(x) ≡1 mod p(x)，因此a(x)是 b(x)的乘法逆元。
A E0 32 3A 0A 49 06 24 5C C2 D3 AC 62 91 95 E4 79
B E7 C8 37 6D 8D D5 4E A9 6C 56 F4 EA 65 7A AE 08
C BA 78 25 2E 1C A6 B4 C6 E8 DD 74 1F 4B BD 8B 8A
D 70 3E B5 66 48 03 F6 0E 61 35 57 B9 86 C1 1D 9E
=(x8+x4+x3+x+1)(x5+x4+x3+x2+1)+(x7+x6+ x5+x4+x2+1)(x6+x2+x)
-
9
(2)采用多项式的扩展欧几里得算法按照如下 步骤计算：
因为：
(x8+x4+ x3+x+1)=(x7+x6+x5+x4+x2+1)(x+1)+ x2
(x7+x6+x5+x4+x2+1)=x2(x5+x4+x3+x2+ 1)+1
AES算法——精选推荐
AES算法⾼级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)为最常见的对称加密算法(微信⼩程序加密传输就是⽤这个加密算法的)。
对称加密算法也就是加密和解密⽤相同的密钥，具体的加密流程如下图：明⽂P密钥KAES加密函数设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明⽂，K为密钥，C为密⽂。
也就是说，把明⽂P和密钥K作为加密函数的参数输⼊，则加密函数E会输出密⽂C。
密⽂CAES的基本结构AES为分组密码，分组密码也就是把明⽂分成⼀组⼀组的，每组长度相等，每次加密⼀组数据，直到加密完整个明⽂。
在AES标准规范中，分组长度只能是128位，也就是说，每个分组为16个字节（每个字节8位）。
密钥的长度可以使⽤128位、192位或256位。
密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，如下表所⽰：轮数在下⾯介绍，这⾥实现的是AES-128，也就是密钥的长度为128位，加密轮数为10轮。
上⾯说到，AES的加密公式为C = E(K,P)，在加密函数E中，会执⾏⼀个轮函数，并且执⾏10次这个轮函数，这个轮函数的前9次执⾏的操作是⼀样的，只有第10次有所不同。
也就是说，⼀个明⽂分组会被加密10轮。
AES的核⼼就是实现⼀轮中的所有操作。
AES的处理单位是字节，128位的输⼊明⽂分组P和输⼊密钥K都被分成16个字节，分别记为P = P0 P1 … P15 和 K = K0 K1 … K15。
如，明⽂分组为P = abcdefghijklmnop,其中的字符a对应P0，p对应P15。
⼀般地，明⽂分组⽤字节为单位的正⽅形矩阵描述，称为状态矩阵。
在算法的每⼀轮中，状态矩阵的内容不断发⽣变化，最后的结果作为密⽂输出。
该矩阵中字节的排列顺序为从上到下、从左⾄右依次排列，如下图所⽰：现在假设明⽂分组P为"abcdefghijklmnop"，则对应上⾯⽣成的状态矩阵图如下：类似地，128位密钥也是⽤字节为单位的矩阵表⽰，矩阵的每⼀列被称为1个32位⽐特字。
AES算法
简述AES算法的实现原理，并比较它与DES算法的优缺点？AES算法的实现原理AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。
明确地说，AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和256 位密钥，并且用128 位（16字节）分组加密和解密数据。
与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。
通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。
迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。
Figure 1 显示了AES 用192位密钥对一个16位字节数据块进行加密和解密的情形。
AES 算法是基于置换和代替的。
置换是数据的重新排列，而代替是用一个单元数据替换另一个。
AES 使用了几种不同的技术来实现置换和替换。
为了阐明这些技术，让我们用Figure 1 所示的数据讨论一个具体的AES 加密例子。
下面是你要加密的128位值以及它们对应的索引数组：00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 aa bb cc dd ee ff 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15192位密钥的值是：00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f 10 11 12 13 14 15 16 17 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23Figure 2 S-盒（Sbox ）当AES 的构造函数（constructor）被调用时，用于加密方法的两个表被初始化。
第一个表是代替盒称为S-盒。
它是一个16×16的矩阵。
S-盒的前五行和前五列如Figure 2 所示。
在幕后，加密例程获取该密钥数组并用它来生成一个名为w[]的密钥调度表，Figure 3 所示。
aes加密原理
aes加密原理
AES加密原理
AES（Advanced Encryption Standard），中文名称为高级加密标准，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。
它采用对称密钥加密，具有高安全性，抗攻击性，安全性和效率等优点，是目前世界上最流行的加密标准之一。
AES加密原理主要是采用分组密码的原理，将明文分成多个组，每组分别经过轮密钥加密和轮函数加密，实现加密。
其中轮密钥加密主要是将明文通过密钥矩阵进行轮转，以实现密文的分组加密；而轮函数加密则是采用特定的算法，将加密后的明文通过函数进行处理，以达到加密的目的。
AES加密原理支持128位、192位和256位三种不同的密钥长度，而每种密钥长度又分别对应不同的密文长度，128位密钥对应128位密文，192位密钥对应192位密文，256位密钥对应256位密文。
AES加密原理采用的变换方式是利用查找表，将明文中的每一位字节进行映射，以实现加密，从而达到安全性的要求。
其主要特点是只有使用正确的密钥才能解密，从而保证了数据的安全性。
由于AES加密原理采用的是分组密码技术，因此它的安全性非常高，可以有效防止数据的泄露和篡改，是当前最流行的加密技术之
一。
它可以满足现代网络的高安全性要求，并且运行效率也很高，是非常值得推荐的加密技术。
AES算法加密解密原理及其编程实现
AES算法加密解密原理及其编程实现AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是一种对称加密算法，广泛应用于保护数据的机密性。
AES算法基于更早期的DES算法，提供了更高的安全性和更快的加密速度。
1.密钥扩展：根据加密的密钥生成一系列轮密钥，用于进行多轮加密中每轮的子密钥生成。
2.初始化：将待加密的数据进行分块，并使用初始轮密钥进行一次简单的字节替换和行移位运算。
3.多轮加密：使用轮密钥对数据进行多次的字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加操作。
4.最终轮：在最后一轮中，执行和之前的轮相似的替换操作，但没有列混淆。
5.密文生成：最后一轮的输出为加密结果。
1.导入所需库和函数：```from Crypto.Cipher import AESfrom Crypto import Randomimport binascii```2.生成随机的密钥和初始向量（IV）：#生成16字节的随机密钥key = Random.new(.read(16)#生成16字节的随机IViv = Random.new(.read(16)```3.加密函数：```def encrypt(message, key, iv):#创建AES对象并使用密钥和CBC模式进行初始化cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)#填充明文，使其长度为16的整数倍message = message + (16 - len(message) % 16) * chr(16 - len(message) % 16)#加密并返回密文ciphertext = cipher.encrypt(message.encode()return binascii.hexlify(ciphertext).decode```4.解密函数：def decrypt(ciphertext, key, iv):#创建AES对象并使用密钥和CBC模式进行初始化cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)#解密并返回明文plaintext =cipher.decrypt(binascii.unhexlify(ciphertext)).decode #去除填充的部分plaintext = plaintext[:-ord(plaintext[len(plaintext) - 1])] return plaintext```5.使用示例：```message = "Hello, AES!"ciphertext = encrypt(message, key, iv)plaintext = decrypt(ciphertext, key, iv)。
AES加密算法的原理详解与实现分析
AES加密算法的原理详解与实现分析AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，使用相同的密钥进行加密和解密操作。
它是目前应用最广泛的加密算法之一，被广泛用于保护数据的安全性。
AES的原理可以分为四个主要步骤：字节代换（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。
字节代换（SubBytes）：AES中使用的S盒（Substitution box）是AES中唯一一个非线性元素。
S盒是一个16×16的字节查找表，将输入的每个字节替换为查找表中对应的字节。
通过这种替换，AES增加了非线性性，增强了加密的安全性。
行移位（ShiftRows）：AES的状态矩阵被转换为四行四列的矩阵。
在行移位阶段，每一行循环左移不同的位数。
第一行不变，第二行左移一位，第三行左移两位，第四行左移三位。
这个操作使得矩阵中的每个字节在不同的列中被混淆，增加了加密的随机性。
列混淆（MixColumns）：在列混淆阶段，每一列都与一个固定的矩阵进行乘法运算。
这个固定矩阵称为混淆矩阵。
列混淆阶段通过改变每一列中的字节，增加了密文中每个字节之间的相关性，增强了加密的安全性。
轮密钥加（AddRoundKey）：AES使用一个密钥扩展算法生成轮密钥，在每一轮加密中，将对应轮的密钥与状态矩阵进行异或运算。
这个操作可以认为是对状态矩阵进行了"加密"，增加了加密的复杂性。
AES加密的实现可以通过软件或硬件来完成。
在软件实现中，可以通过编程语言如C、C++、Java等来实现AES算法。
在硬件实现中，可以通过使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）或ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）等专门的硬件设备来加速加密的过程。
AES算法的实现需要注意以下几个关键点：1.如何选择密钥长度：AES算法支持多种密钥长度，包括128位、192位和256位。
第7讲 AES算法原理
3 4 04 08 04 00 00 00 08 00 00 00
5 6 7 10 20 40 10 00 00 00 20 00 00 00 40 00 00 00
8 9 80 1b 80 00 00 00 1b 00 00 00
10 36 36 00 00 00
39
②当 Nk>6 时，扩展算法
03 01 01 a 0 02 03 01 a1 01 02 03 a 2 a 01 01 02 3
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轮函数：列混淆（ MixColumn ）
列混合运算示意图
28
列混淆运算
29
列混淆运算
？验证47
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轮函数：列混淆（ MixColumn ）
分组密码 AES 算法
1
本节主要内容
• 1 AES 候选算法产生过程 • 2 Rijndael 的数学基础和设计思想 • 3 Rijndael 的算法说明
2
Rijndael 的设计思想
Rijndael 密码的设计力求满足以下 3 条标准： ①抵抗所有已知的攻击。 ②在多个平台上速度快，编码紧凑。 ③ 设计简单。
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轮函数：密钥加（ AddRoundKey ）
密钥加是将轮密钥简单地与状态进行逐比特异或。 轮密钥由种子密钥通过密钥编排算法得到，轮密钥 长度等于分组长度 Nb 。 状态说与轮密钥 RoundKey 的密钥加运算表示为 AddRoundKey(State, RoundKey)
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轮函数：密钥加（ AddRoundKey ）
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密钥编排
密钥编排指从种子密钥得到轮密钥的过程 它由密钥扩展和轮密钥选取两部分组成 其基本原则如下: （1）轮密钥的比特数等于分组长度乘以轮数加1； 例如要将 128 比特的明文经过 10 轮的加密，则总 共需要（ 10+1 ）*128=1408 比特的密钥。 （ 2 ）种子密钥被扩展成为扩展密钥； （ 3 ）轮密钥从扩展密钥中取，其中第轮轮密钥取 扩展密钥的前 Nb 个字，第 2 轮轮密钥取接下来的 Nb 个字，如此下去。
对称加密算法之AES加密
对称加密算法之AES加密对称加密算法之AES加密简介前世今⽣AES全称Advanced Encryption Standard，也就是⾼级加密标准。
在DES的安全性被发现存在明显缺陷后，亟需有另⼀种算法来替代DES。
DES的56bit的密钥长度太⼩，虽然三重DES解决了密钥长度的问题，但是三重DES还是存在⼀些明显的缺陷。
1997年4⽉15⽇，NIST发起征集AES算法的活动，⽬的是确定⼀个⾮保密的，公开披露的，全球免费使⽤的加密算法，来保护隐私，也能够替代DES。
其基本要求就是:执⾏性能⽐三重DES快、⾄少和三重DES⼀样安全、数据分组长度为128bit、密钥长度为128/192/256bit。
由⽐利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计的“Rijndael数据加密算法”最终获胜。
经过时间的检验，⾄少到到⽬前为⽌，AES的安全性能是良好的。
经过这么多年的分析和测试，⾄今没有发现AES的明显缺点，也没有找到明显的安全漏洞。
如今，⽣活的很多领域也都⽤到了AES算法，如IPsec所使⽤的加密算法等。
⼀些特性AES加密算法的分组长度只能为128bit，但是其密钥长度是可以变动的，分别可以为128bit/196bit/256bit三种类型。
⽽根据不同的密钥长度，其加密轮数也会得到变化。
如表所⽰。
但⽬前⽐较⼴泛使⽤的是128bit长度的密钥。
AES密钥长度（32位⽐特字)分组长度(32位⽐特字)加密轮数AES-1284410AES-1926412AES-2568414在初始状态会将明⽂和密钥分组中的128位再分为16组，每组⼀个字节。
密钥虽然只有4个字(32bit,在任何条件都认为1字=4字节是不严谨的，会根据系统位数⽽产⽣差异，计算机进⾏数据处理时，⼀次存取、加⼯和传送的数据长度称为字)，但是会根据此密钥产⽣额外40个字，分别⽤在⼗轮的加密过程中。
具体过程过程总览如上图所⽰，加密的第⼀轮到第九轮的函数是⼀样的，都经过过字节代换、⾏移位、列混合、轮密钥加的四个阶段，但有两个特殊点，第⼀点是在第⼀轮之前，先要进⾏⼀次轮密钥加，先将明⽂和原始密钥进⾏⼀次轮密钥加的操作；第⼆是在第⼗轮时，没有列混合这⼀步骤。
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AES加密算法原理（图文）随着对称密码的发展,DES数据加密标准算法由于密钥长度较小(56位),已经不适应当今分布式开放网络对数据加密安全性的要求，因此1997年NIST公开征集新的数据加密标准,即AES[1]。
经过三轮的筛选,比利时Joan Daeman和Vincent Rijmen提交的Rijndael算法被提议为AES的最终算法。
此算法将成为美国新的数据加密标准而被广泛应用在各个领域中。
尽管人们对AES还有不同的看法,但总体来说,AES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位，相对而言，AES的128密钥比DES的56密钥强1021倍[2]。
AES算法主要包括三个方面：轮变化、圈数和密钥扩展。
AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。
明确地说，AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和256 位密钥，并且用128 位（16字节）分组加密和解密数据。
与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。
通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。
迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。
Figure 1 显示了AES 用192位密钥对一个16位字节数据块进行加密和解密的情形。
Figure 1 部分数据AES算法概述AES 算法是基于置换和代替的。
置换是数据的重新排列，而代替是用一个单元数据替换另一个。
AES 使用了几种不同的技术来实现置换和替换。
为了阐明这些技术，让我们用Figure 1 所示的数据讨论一个具体的AES 加密例子。
下面是你要加密的128位值以及它们对应的索引数组：00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 aa bb cc dd ee ff0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15192位密钥的值是:00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f 10 11 12 13 14 15 16 170 1 2 3 4 5 67 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23Figure 2 S-盒（Sbox ）当AES 的构造函数（constructor）被调用时，用于加密方法的两个表被初始化。
第一个表是代替盒称为S-盒。
它是一个16×16的矩阵。
S-盒的前五行和前五列如Figure 2 所示。
在幕后，加密例程获取该密钥数组并用它来生成一个名为w[]的密钥调度表，Figure 3 所示。
Figure 3 密钥调度表（Key Sched）w[] 最初的Nk (6) 行被作为种子，用原始密钥值（0x00 到0x17）。
剩余行从种子密钥来产生。
变量Nk 代表以32 位字为单位的种子密钥长度。
稍后我分析AES 实现时你将清楚地看到w[] 是怎样产生的。
关键是这里现在有许多密钥使用而不只是一个。
这些新的密钥被称为轮密钥（round keys）以将它们与原始种子密钥区别开来。
Figure 4 State （态）数组AES 加密例程开始是拷贝16 字节的输入数组到一个名为 State （态）的4×4 字节矩阵中。
（参见Figure 4）。
AES 加密算法取名为Cipher，它操作State[]，其过程描述的伪代码参见Figure 5 。
在规范中，加密算法实现的一个预备的处理步骤被称为AddRoundKey（轮密钥加）。
AddRoundKey 用密钥调度表中的前四行对State 矩阵实行一个字节一个字节的异或（XOR）操作，并用轮密钥表w[c,r] 异或输入State[r,c]。
举个例子，如果State 矩阵的第一行保存的字节是{ 00, 44, 88, cc }，第一列密钥调度表是{ 00, 04, 08, 0c }，那么新的State[0,2] 值是用w[2,0]( 0x08 或0x80 )异或State[0,2](0x88)的结果：1 0 0 0 1 0 0 00 0 0 0 1 0 0 0 XOR1 0 0 0 0 0 0 0AES 算法的主循环对State 矩阵执行四个不同的操作，在规范中被称为SubBytes（字节替换）、ShiftRows（行位移变换）、MixColumns（列混合变换）和AddRoundKey。
除了每次循环AddRoundKey 都被调用并使用密钥调度表的下面四行外，AddRoundKey 与预备处理步骤中的AddRoundKey 相同。
SubBytes 例程是一个代替操作，它将State 矩阵中的每个字节替换成一个由Sbox 决定的新字节。
比如，如果State[0,1]的值是0x40 如果你想找到它的代替者，你取State[0,1] 的值(0x40) 并让x 等于左边的数字(4)并让y 等于右边的数字(0)。
然后你用x 和y 作为索引进到Sbox 表中寻找代替值，如Figure 2 所示。
ShiftRows 是一个置换操作，它将State 矩阵中的字节向左旋转。
Figure 6 示范了ShiftRows 如何操作State[]。
State 的第0行被向左旋转0个位置，State 的第1行被向左旋转1个位置，State 的第2行被向左旋转2个位置，而State 的第3行被向左旋转3个位置。
Figure 6 对State 进行ShiftRows 操作MixColumns 是一个代替操作，它是理解AES 算法时最具技巧（或者说是最需要动脑筋的部分）的部分。
它用State 字节列的值进行数学域加和域乘的结果代替每个字节。
我将在下一节中详细解释专门的域加和域乘细节。
假设State[0,1] 的值是0x09，并且列1上的其它值分别为0x60，0xe1 和0x04，那么State[0,1]的新值计算如下：[cpp]view plaincopy1.State[0,1] = (State[0,1] * 0x01) + (State[1,1] * 0x02) +(State[2,1] * 0x03) +(State[3,1] * 0x01)= (0x09 * 0x01) +(0x60 * 0x02) + (0xe1 * 0x03) +(0x04 * 0x01)= 0x57此处加法和乘法是专门的数学域操作，而不是平常整数的加法和乘法。
SubBytes、ShiftRows、MixColumns 和AddRoundKey 四个操作在一个执行Nr 次的循环里被调用，Nr 为给定密钥大小的轮数减1。
加密算法使用的轮数要么是10，12，要么是14，这依赖于种子密钥长度是128位、192 位还是256 位。
在这个例子中，因为Nr 等于12，则这四个操作被调用11次。
该迭代完成后，在拷贝State 矩阵到输出参数前，加密算法调用SubBytes、ShiftRows 和AddRoundKey 后结束。
大致说来，AES 加密算法的核心有四个操作。
AddRoundKey 使用从种子密钥值中生成的轮密钥代替4 组字节。
SubBytes 替换用一个代替表替换单个字节。
ShiftRows 通过旋转4字节行的4 组字节进行序列置换。
MixColumns 用域加和域乘的组合来替换字节。
有限域GF(28)的加法和乘法正如你所看到的，AES 加密算法使用相当简单明了的技术来代替和置换，除MixColumns 例程以外。
MixColumns 使用特殊的加法和乘法。
AES 所用的加法和乘法是基于数学（译者注：近世代数）的域论。
尤其是AES 基于有限域GF(28)。
GF(28)由一组从0x00 到0xff 的256个值组成，加上加法和乘法，因此是(28)。
GF代表伽罗瓦域，以发明这一理论的数学家的名字命名。
GF(28) 的一个特性是一个加法或乘法的操作的结果必须是在{0x00 ... 0xff}这组数中。
虽然域论是相当深奥的，但GF(28)加法的最终结果却很简单。
GF(28) 加法就是异或（XOR）操作。
然而，GF(28)的乘法有点繁难。
正如你稍后将在C# 实现中所看到的，AES 的加密和解密例程需要知道怎样只用七个常量0x01、0x02、0x03、0x09、0x0b、0x0d 和0x0e 来相乘。
所以我不全面介绍GF(28)的乘法，而只是针对这七种特殊情况进行说明。
在GF(28)中用0x01的乘法是特殊的；它相当于普通算术中用1做乘法并且结果也同样—任何值乘0x01等于其自身。
现在让我们看看用0x02做乘法。
和加法的情况相同，理论是深奥的，但最终结果十分简单。
只要被乘的值小于0x80，这时乘法的结果就是该值左移1比特位。
如果被乘的值大于或等于0x80，这时乘法的结果就是左移1比特位再用值0x1b异或。
它防止了“域溢出”并保持乘法的乘积在范围以内。
一旦你在GF(28)中用0x02建立了加法和乘法，你就可以用任何常量去定义乘法。
用0x03做乘法时，你可以将0x03 分解为2的幂之和。
为了用0x03 乘以任意字节b，因为0x03 = 0x02 + 0x01，因此：b * 0x03 = b * (0x02 + 0x01) = (b * 0x02) + (b * 0x01) 这是可以行得通的，因为你知道如何用0x02 和0x01 相乘和相加，同哩，用0x0d去乘以任意字节b可以这样做：[cpp]view plaincopy1.b * 0x0d2. = b * (0x08 + 0x04 + 0x01)3. = (b * 0x08) + (b * 0x04) + (b * 0x01)4. = (b * 0x02 * 0x02 * 0x02) + (b * 0x02 * 0x02) + (b *0x01)在加解密算法中，AES MixColumns 例程的其它乘法遵循大体相同的模式，如下所示：[cpp]view plaincopy1.b * 0x092. = b * (0x08 + 0x01)3. = (b * 0x02 * 0x02 * 0x02) + (b * 0x01)b * 0x0b4. = b * (0x08 + 0x02 + 0x01) = (b * 0x02 * 0x02 * 0x02)+ (b * 0x02) + (b * 0x01)b * 0x0e5. = b * (0x08 + 0x04 + 0x02)6. = (b * 0x02 * 0x02 * 0x02) + (b * 0x02 * 0x02) + (b *0x02)总之，在GF(28)中，加法是异或操作。