(完整版)密码学毕业课程设计-AES加密解密文档

成都信息工程学院课程设计报告

AES加密解密的实现

课程名称：应用密码算法程序设计

学生姓名：

学生学号：

专业班级：

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年月日

目录

1．背景 (1)

2.系统设计 (1)

2.1系统主要目标 (1)

2.2主要软件需求（运行环境） (2)

2.3功能模块与系统结构 (2)

3 系统功能程序设计 (4)

3.1基本要求部分 (4)

3.1.1 字节替换 (4)

3.1.2行移位 (5)

3.1.3列混合 (6)

3.1.4密钥加 (6)

3.1.5密钥扩展 (7)

3.1.6字节替换 (8)

3.1.7行移位 (9)

3.1.8列混合 (9)

3.1.9 加密 (10)

3.1.10 解密 (11)

4. 测试报告 (12)

5．结论 (21)

参考文献 (21)

1．背景

AES，密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。AES 有一个固定的128位的块大小和128，192或256位大小的密钥大小。

该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael之命名之，投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijdael的发音近于"Rhine doll"。）AES在软体及硬件上都能快速地加解密，相对来说较易于实作,且只需要很少的记忆体。作为一个新的加密标准,目前正被部署应用到更广大的范围.

2.系统设计

2.1系统主要目标

基本要求部分：

1．在深入理解AES加密解密算法理论的基础上，设计一个AES加密解密软件系统；2．完成一个明文分组的加解密，明文和密钥是十六进制，长度都为64比特（16个16进制数），输入明文和密钥，输出密文，进行加密后，能够进行正确的解密；

3. 程序运行时，要求输出每一轮使用的密钥，以及每一轮加密或解密之后的16进制表示的值；

4. 要求提供所设计系统的报告及完整的软件。

较高要求部分：

1.如果明文不止一个分组，程序能完成分组，然后加密；最后一个分组长度不足时要求完成填充；密钥长度不足时能进行填充，过长则自动截取前面部分。

2.密钥采用ASCII码，明文要求输入信息可以是文字（可以是汉字或英文，信息量要求不止一个加密分组长度），任意字符，或者是文本文档，或者普通文件。进行加密后，能够进行正确的解密；

3.程序代码有比较好的结构，模块划分合理，如用类进行封装，通过调用类的成员函数实现加密解密功能，函数的参数及返回值设置合理等；

4.界面友好，程序实现有新意。

2.2主要软件需求（运行环境）

本软件适用VC语言编写，编译成功后的EXE文件可以在装有windows系统的任何计算机上使用。

测试平台：Windows XP Professional

使用软件：Visual C++ 6.0

2.3功能模块与系统结构

主要功能模块如下：

1.字节替换SubByte

2.行移位ShiftRow

3.列混合MixColumn

4.轮密钥加AddRoundKey

5.逆字节替换

通过逆S盒的映射变换得到

6.逆行移位InvShiftRow

与加密时的行移位区别在于移位方向相反。

7.逆列混淆

加密与解密系统流程图如下所示，

3 系统功能程序设计

3.1基本要求部分

3.1.1 字节替换

SubBytes（）变换是一个基于S盒的非线性置换，它用于将输入或中间态的每一个字节通过一个简单的查表操作，将其映射为另一个字节。映射方法是把输入字节的高四

位作为S盒的行值，低四位作为列值，然后取出S盒中对应的行和列的元素作为输出。

unsigned char subbytes(unsigned char state[4][4])

{printf("after subbyte:\n"); 取出中间态state映射到S盒中的值赋给中间态state

for(i=0;i<4;i++)

{for(j=0;j<4;j++)

state[i][j]=sbox[state[i][j]]; }

for(i=0;i<4;i++) 输出到屏幕显示state

{for(j=0;j<4;j++)

printf("\t\t%02x ",state[i][j]);

printf("\n");

}

printf("\n");

return 0;

}

3.1.2行移位

ShiftRows（）完成基于行的循环移位操作，变换方法是第0行不动，第一行循环左移一个字节，第二位循环左移两个字节，第三行循环左移三个字节。

unsigned char shiftrows(unsigned char state[4][4])

{printf("after shiftrows:\n"); 在中间态的行上，

k=state[1][0]; 第0行不变

state[1][0]=state[1][1]; 第一行循环左移一个字节