AES加密算法原理(图文)
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。
aes的原理及其应用
AES的原理及其应用一、引言AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，是美国国家标准和技术研究院（NIST）在全球范围内广泛使用的加密标准。
本文将介绍AES的原理及其应用。
二、AES的原理AES采用分组密码的方式，将明文分为固定长度的块，然后对每个块进行加密。
其原理如下：1.密钥扩展：AES通过对密钥进行扩展，生成多个轮密钥，以增加加密的安全性。
2.轮数和轮函数：AES加密算法的轮数取决于密钥长度，每轮包括轮加密、字节替换、行位移和列混淆等步骤，以增加密文的复杂度和随机性。
3.字节替换：通过AES中的S盒（Substitution Box）对块中的每个字节进行替换，增加混淆度。
4.行位移和列混淆：AES对每个块进行行位移和列混淆操作，使得密文更加散乱，增加破解的难度。
5.轮密钥加：AES的每轮中，将轮密钥与块进行异或运算，以增加加密的随机性。
三、AES的应用AES广泛应用于各个领域，以下是一些主要的应用场景：1.数据加密：AES可用于对数据进行加密，保护数据的安全性。
在互联网、电子商务、移动应用等领域，AES被广泛应用于对敏感数据的加密，如用户密码、信用卡信息等。
2.文件加密：AES可用于对文件进行加密，保护文件的机密性。
在企业组织中，常用AES对文件进行加密，以防止未授权访问和数据泄露。
3.通信加密：AES可用于对通信数据进行加密，保护通信内容的机密性。
在网络通信和密码学协议中，AES被广泛应用于HTTPS、IPSec、SSL/TLS等加密算法中，保障通信过程的安全性。
4.硬件加密：AES可用于硬件设备中的加密运算，如智能卡、USB加密盘等。
硬件加密能够提供更高的安全性和更快的加密速度。
5.数据存储：AES可用于对数据存储介质进行加密，如硬盘、数据库等。
通过对数据进行加密，可以防止数据泄露和未授权访问。
四、AES的优势相比于其他加密算法，AES具有以下优势：1.安全性高：AES采用了高度复杂的算法和密钥扩展技术，提供了很高的安全性，能够抵抗多种破解手段。
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
全程图解AES的四种加密模式
全程图解AES的四种加密模式
一. AES对称加密:
AES加密
分组
二. 分组密码的填充
分组密码的填充
举例：
PKCS#5填充方式
三. 流密码:
四. 分组密码加密中的四种模式:
ECB模式
优点:
1.简单；
2.有利于并行计算；
3.误差不会被传送；
缺点:
1.不能隐藏明文的模式；
2.可能对明文进行主动攻击；
CBC模式：
优点：
1.不容易主动攻击,安全性好于ECB,适合
传输长度长的报文,是SSL、IPSec的标准。
缺点：
1.不利于并行计算；
2.误差传递；
3.需要初始化向量IV
CFB模式：
优点：
1.隐藏了明文模式;
2.分组密码转化为流模式;
3.可以及时加密传送小于分组的数据;
缺点:
1.不利于并行计算;
2.误差传送：一个明文单元损坏影响多个
单元;
3.唯一的IV;
OFB模式：
优点:
1.隐藏了明文模式;
2.分组密码转化为流模式;
3.可以及时加密传送小于分组的数据;
缺点:
1.不利于并行计算;
2.对明文的主动攻击是可能的;
3.误差传送：一个明文单元损坏影响多个单元;。
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加密算法的原理详解
AES加密算法的原理详解AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是一种对称密钥加密算法，由美国国家标准与技术研究院（NIST）通过全球范围的评选过程确定为对称密钥加密的标准。
1.输入：AES接受一个128位的明文输入块（分组）。
如果明文不够128位，需要进行填充，填充规则可以是PKCS或者其他标准。
2.初始密钥扩展：AES使用一个初始密钥，该初始密钥以128位为基础，根据输入的密钥长度（可以是128位、192位或256位）生成相关的轮密钥。
3.轮密钥加：将初始明文块与第一个轮密钥进行异或运算。
4. 轮变换（SubBytes变换、ShiftRows变换、MixColumns变换和AddRoundKey变换）：AES将经过轮密钥加的明文输入进行一系列的变换操作。
- SubBytes变换：将明文输入块中的每个字节替换为S-盒中对应的字节值，S-盒由一个有限域上的代数运算表构成。
- ShiftRows变换：对明文输入块的每一行进行循环左移，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。
- MixColumns变换：对明文输入块的每一列进行混淆，使用固定的矩阵乘法进行计算。
- AddRoundKey变换：将混淆后的明文输入块与对应轮密钥进行异或运算。
5. 轮重复：AES重复10轮（对于128位密钥）或14轮（对于192位和256位密钥），每一轮都包括轮密钥加、SubBytes变换、ShiftRows 变换、MixColumns变换和AddRoundKey变换。
6. 最后一轮：最后一轮的MixColumns变换不再执行，而是进行轮密钥加、SubBytes变换、ShiftRows变换和AddRoundKey变换。
7.输出：经过重复轮变换后，最后一轮的输出就是加密后的密文。
AES的优点和特点如下：-安全性：AES是一种非常安全的加密算法，由于其设计中包含了多轮重复的变换操作，使得破解AES算法变得非常困难。
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加密算法的原理详解
AES加密算法的原理详解AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，它是美国国家标准与技术研究院（NIST）在2001年确定的一种加密标准。
AES算法的原理如下：1. 字节代换（SubBytes）：对输入的字节进行替换操作，替换规则由S盒(S-box)提供。
S盒是一个16x16的固定置换表，用于将输入的字节替换为一个固定的值。
这个操作使得明文中的每个字节都被替换为S盒中的一个特定数值。
2. 行移位（ShiftRows）：将输入的16个字节进行行移位操作。
第0行不动，第1行循环左移1个字节，第2行循环左移2个字节，第3行循环左移3个字节。
这个操作保证了每个字节都会移动到其所在行的左侧，增加了混淆度。
3. 列混淆（MixColumns）：对每个列进行矩阵变换操作。
每个列都看作是一个四元多项式，进行有限域GF(28)上的乘法和加法运算。
这个操作增加了扩散度，使得每个字节都能够影响到其他字节。
4. 轮密钥加（AddRoundKey）：将轮密钥与状态矩阵进行按位异或操作。
每一轮加密都需要生成一个与状态矩阵相同大小的轮密钥，轮密钥由主密钥通过密钥扩展算法生成。
这个操作引入了密钥信息，增加了加密强度。
以上四个操作构成了AES的基本加密过程，一个完整的AES加密算法通常会包含多轮的这四个操作。
具体来说，AES-128使用10轮操作，AES-192使用12轮操作，AES-256使用14轮操作。
解密过程与加密过程正好相反，但使用了相同的操作，只是操作的顺序与轮密钥的使用有所不同。
AES算法的强度主要在于其操作的复杂性和轮数的多少。
字节代换和行移位引入了非线性特性，列混淆引入了扩散特性，轮密钥加引入了密钥信息，这些操作结合在一起增加了算法的抵抗力。
总结来说，AES算法利用字节代换、行移位、列混淆和轮密钥加四个基本操作构成了加密过程，通过多轮的这些操作来增加算法的强度。
AES 算法的设计考虑了安全性、效率和实际应用的需要，因此成为了目前最常用的加密算法之一。
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加密算法详解
AES加密算法详解AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，被广泛使用于保护数据的机密性。
它是一种块加密算法，将明文分割成固定长度的块，然后对每个块进行加密操作。
AES算法的过程可以分为四个步骤：字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加。
下面将详细阐述每个步骤的具体操作。
1. 字节替代（SubBytes）：将每个字节替换成预定义的替代字节，使用的是一个16×16的S盒，通过查找预计算的替代表来完成。
替换是非线性的，增强了算法的安全性。
2. 行移位（ShiftRows）：将每一行向左循环移位，行数越高，位移的偏移量越大。
这一步骤重新排列字节，增加了算法的扩散效果。
3. 列混淆（MixColumns）：对每一列进行混淆操作，混淆是通过矩阵运算实现的。
该操作基于有限域上的乘法和加法运算，增强了算法的均匀性。
4. 轮密钥加（AddRoundKey）：将每个字节与对应的轮密钥进行异或操作。
轮密钥是通过对主密钥进行扩展生成的，扩展过程通过循环和字节替代运算完成。
整个AES加密算法由多次重复的轮函数组成，轮函数的数量取决于密钥长度。
128位密钥使用10个轮，192位密钥使用12个轮，256位密钥使用14个轮。
每个轮函数由字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加四个步骤组成。
最后一个轮函数没有列混淆步骤。
解密与加密过程类似，只是在每个步骤中使用的操作是密钥的逆操作。
AES算法的安全性主要取决于密钥的长度和选择。
一般来说，密钥越长，安全性越高。
AES算法支持密钥长度为128、192和256位。
此外，密钥的选择也很重要，强密码学原则应用于密钥的生成和使用过程。
总结起来，AES是一种安全高效的对称加密算法，广泛应用于数据保护领域。
其安全性主要依赖于密钥的长度和选择，同时借助字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加等步骤，提供了强大的加密能力。
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加密算法原理
aes加密算法原理
AES（Advanced Encryption Standard），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。
AES加
密算法是一种对称加密算法，所谓对称加密算法即：加密和解密使用相同密钥的算法。
AES加密算法的基本原理是：将明文输入到加密算法中，按
照一定的加密规则和密钥进行加密，得到密文，再将密文输入到解密算法中，按照相同的规则和密钥进行解密，得到明文。
AES加密算法的具体实现，最重要的就是填充模式和密钥长度，AES加密算法支持128位，192位和256位三种密钥长度，并且支持五种填充模式：PKCS5Padding、PKCS7Padding、
ISO10126Padding、ANSIX923Padding和ZeroBytePadding。
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。
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
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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
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列混淆运算
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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
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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
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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。
aes算法原理
aes算法原理AES（高级加密标准）是一种对称加密算法，有美国国家标准局于2001年11月26日发布的FIPS PUB 197标准指定的。
AES具有速度快、体积小、强度高等特点，适用于进行信息加密和安全认证技术领域。
AES加密算法以128、192、256位分组对任意类型的数据加密，采取由外到内的步骤。
第一步采取块方式将要加密的原始数据分块，其次采取混淆和扩展技术，将每个分块的位混淆扩展，然后采取不同的移位技术，实现轮密钥交换，最终完成数据转换与加密等过程。
AES加密过程分为三步：（1）密钥扩展（KeyExpansion）。
密钥扩展是 AES 标准指定的一种方法，用于将原始密钥扩展成多个“轮密钥”，以便加密、解密过程中使用；（2）分组加密（Cipher）。
AE S标准中指定的方法，它把原始信息转换为明文（ Plain Text），然后将明文分成4*4 的矩阵进行加密；基于 TEA 的 AES 加密算法，还包括轮子密码（RoundKey）和分组转换（StateMixing）等步骤；（3）分组解密（InvCipher）。
AE S标准指定的方法，用于还原密钥的扩展，最后把分组加密的结果转换回原始明文。
在 AES 加密算法中，除了初始密钥外，系统还通过混淆、移位、替换、混合经过 9轮迭代运算，最终生成输出密文，实现信息加密。
AES 加密最重要的特点是效率高，缩减加密时间，减少运算负荷。
AES 加密算法原理主要有下面几步：a、置换：算法将输入的数据，先按一定的规则做置换，使原输入不同形式的数据变成统一的数据。
b、替换：算法将输入的数据，在置换的基础上，先按某种规则做替换，然后和常数作异或运算，以此在数据中增加包含更多信息的量。
c、混淆：算法将替换后的比特流，按独特的规则做变换，使得原来顺序关系被颠倒。
d、轮密钥：算法在混淆的步骤中，采用密钥的对称变移的方式，使得原有的加密算法，每循环一次，就会换一组新的密钥，使过程更加安全。
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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 1011 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 16170 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。