江苏龙网

  1. 首页 > 生活 > >

AES加密的详细过程是咋样的

r3aYXWQ6DfiL0J6iYE2weZUs537glNkwHIR6ajmfM4xsKOPvyltsHDqJT75XJiRT
■网友
sOBq1c9n7+/R7ijbUIPQLfBNmK0OYnXcN/GdQfs1noZU/OtZwkloR8WQ+4aTUgOLBuK+/XG8boRJyLLPa7hEGRiiytdoBmwv8y+5fg28UY83cfWAA1lnU2f1B7h6H5qN6EnD+2LoRDdlaAnH4+x+CbEldY1zpGPbfW5ROTHQdwY=
■网友
AESAES，全称Advanced Encryption Standard，高级加密标准，是NIST（美国国家标准与技术研究院）在2001年推出的标准，内容见《ADVANCED ENCRYPTION STANDARD (AES)》。但其实在1997年的时候NIST就公开征集更安全的加密算法以替代DES，经过3年的时间的验证，最终决定采用Rijndael算法。因此，有时候在网上搜索AES算法，会看见Rijndael这个名词。实际上：AES=Rijndael算法子集。
Rijndael算法最初是由比利时学者Joan Daemen和Vincent Rijmen所提出的，算法的名字就由两位作者的名字组合而成。这个算法是基于代换-置换网络（Substitution-permutation network，SPN）的迭代算法，说人话：AES就是循环地对矩阵/向量做查表替换、位运算、矩阵乘积的过程。
AES 概览先看看AES加密算法全过程的图（图摘自matt-wu/AES）：
AES加密的详细过程是咋样的

AES round概览一步步来拆解：
图左侧（蓝色）部分是对明文的处理。首先，D_i是一个明文byte（=8bit），一共有16个D_i，也就是下方4X4的矩阵，这个矩阵被称为state，换算过来就是16x8=128bits（就是AES一个block的大小）。其次，每一个round（轮函数）就是一套数据操作，简单理解为“加、减、乘、除”，而每一个round的输入是上一个round的输出，换言之，最初state是明文，round目的就是不停修改state内容。图右侧（红色）部分是对密钥的处理。首先，K_i是一个密钥byte（=8bit），对图中AES-128（也就是密钥长度128bit的加密算法，平时我们常接触到的是就是AES-128）一共有16个K_i（AES-192就是24个，AES-256是32个）。密钥的结构和state相似，也是16x8=128bits，和block大小相同，被称为roundkey（轮密）。其次，每一个round（轮函数）结束后，roundkey也会被修改，对应的修改算法/过程被称为密钥扩展算法（Key Expansion/Schedule）。AES round（轮函数） - 明文加密过程先看一个完整的round，了解了一个完整的round过程，等于了解了基本AES的明文加密过程（图摘自《Symmetric-key cryptography》）：
AES加密的详细过程是咋样的

AES 轮函数一个完整的round分为4个步骤：
1. SubBytes：逐字节替换。
查找一张内置的表格，把state每个byte逐一替换为表格对应的byte。这个内置的表格叫做S-box（lookup table），是一张16X16的常量表格，内容如下（图摘自《Rijndael S-box》）：
【AES加密的详细过程是咋样的】 AES加密的详细过程是咋样的

AES S-box之前已经介绍过：state是一张4X4的byte矩阵。一个byte可以拆成4bits+4bits，也就是+的拼接（4个bit可以表示的数值范围：0~(2^4)-1，表示为十六进制就是0~F），分别代表的是S-box的x轴和y轴。查找的过程就是：首先根据state原byte的前4bit和后4bit的数值内容作为S-box的x和y下标查找得到目标byte，接着用这个目标byte去替换掉state原byte。过程示意图如下：
AES加密的详细过程是咋样的

AES 查找S-box过程2. ShiftRows：平移行。


推荐阅读


上一篇：为啥程序员就是不能得到丈母娘青睐?

下一篇：这次lolS4哪个队伍能得冠军