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哎，在這一周被迫營業(yè)的日子里呢，發(fā)生了一些讓人匪夷所思、琢磨不透的事情，你說我這么一個女孩子，除了看過李佳琪的直播，還沒著迷過別的男主播，這不，夢想照進現(xiàn)實，是什么逼迫我的老師們也成了主播，而我成了在直播間刷禮物的<font face="黑體" color=orange size=3>精神小伙</font>。
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雖然學(xué)校得要正常營業(yè)，但是日常輸出也必不可少，今天分享的是一個對于密碼學(xué)界來說非常重要的算法，這么說你是不是還是體會不到它的重要性，那就比如說，它就像是口紅里的Dior，包包里的愛馬仕......不說了，錢包疼
AES算法：（Advanced Encryption Standard）
??介紹：
AES（Advanced Encryption Standard）算法，高級加密標(biāo)準(zhǔn)，在密碼學(xué)中又稱Rijndael加密法，是美國聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)。
在對 AES 設(shè)計之初呢，就有三個基本要求:
比三重DES 快
至少與三重 DES 一樣安全
數(shù)據(jù)分組長度為 128 比特、密鑰長度為 128/ 192/ 256 比特。
對DES還有疑問的朋友可以看看我之前的文章 聊聊密碼學(xué)中的DES算法、 二重DES、三重DES詳解
??說明：
其實，從嚴格意義上講，AES和Rijndael加密法又不完全一樣，但是在實際應(yīng)用中，我們常常將兩者交換使用。
我們來看一組對比數(shù)據(jù)：
- AES的分組長度為128 比特，密鑰長度則可以是128，192或256比特；
- 而Rijndael算法的分組長度和密鑰長度可以是32比特的整數(shù)倍（下限：128bit，上限：256bit）
相對于AES來說，Rijndael算法使用更加不受約束。Rijndael算法可以支持更大范圍的分組長度和密鑰長度。
類似于明文分組和密文分組，算法的中間結(jié)果也須分組，將這種分組成為“狀態(tài)”， 所有的操作都在狀態(tài)上進行。例如：AES加密過程是在一個4×4的字節(jié)矩陣上運作，這個矩陣就稱為“狀態(tài)”，其初值就是一個明文分組（矩陣中一個元素大小就是明文分組中的一個Byte）。對于Rijndael算法來說，其加密時明文分組長度不定，其矩陣的大小需要根據(jù)具體情況來定。
加密時，AES算法的加密過程都包含4個步驟：
SubBytes（字節(jié)代替）：通過非線性替換函數(shù)，用查找表的方式，獨立的對每個字節(jié)進行替換。代換表 （也就是S-盒) 都是可逆（也就是說替換以后的字節(jié)可以通過查表找到原始的字節(jié)）。
ShiftRows（行移位）：目的就是將矩陣中的橫和列，進行循環(huán)式移位。
MixColumns（列混淆）：列混淆的方法就是使用線性轉(zhuǎn)換將每列的四個字節(jié)進行混合。為了充分混合矩陣中各個行，而進行的一步。
AddRoundKey（輪密鑰加）：矩陣中的各個字節(jié)都要與輪秘鑰進行異或（XOR）運算，從而生產(chǎn)子密鑰。
最后一個加密循環(huán)中略微有所不同。
綜上所述，組成 Rijndael 輪函數(shù)的計算部件簡捷快速，功能互補。輪函數(shù)的偽 C 代碼如下：
Round (State , RoundKey)
{
ByteSub (State ) ;
ShiftRow (State ) ;
MixColumn (Sta te) ;
AddRoundKey (State , RoundKey)
}
最后一個加密循環(huán)的輪函數(shù)與前面各輪不同，需要將 MixColumn 這一步去掉，其偽 C 代碼如下：
FinalRound ( State , RoundKey)
{
ByteSub (State ) ;
ShiftRow (State ) ;
AddRoundKey (State , RoundKey)
}
注：在以上偽 C 代碼記法中， State、RoundKey 可用指針類型，函數(shù) Round、FinalRound、 ByteSub、Shift Row、MixColumn、AddRoundKey 都在指針 State、RoundKey 所指向的陣列上進行運算。
加密標(biāo)準(zhǔn)：
AES為分組密碼，在加密時需要把明文分成長度相等的小組，每次對一組數(shù)據(jù)進行加密。在AES標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，分組長度只能是128位，也就是說，每個分組為16個字節(jié)（每個字節(jié)8位）。AES的密鑰長度可以是128bit、192bit或256bit。密鑰的長度不同，所需要的加密輪數(shù)也會不相同，具體情況如下圖所示：
| AES | 密鑰長度（32位比特字) | 分組長度(32位比特字) | 加密輪數(shù) |
|---|---|---|---|
| AES-128 | 4 | 4 | 10 |
| AES-192 | 6 | 4 | 12 |
| AES-256 | 8 | 4 | 14 |
密鑰編排
密鑰編排指從種子密鑰得到輪密鑰的過程, 它由密鑰擴展和輪密鑰選取兩部分組成。
其基本原則如下:
輪密鑰的比特數(shù)等于分組長度乘以輪數(shù)加 1。
種子密鑰被擴展成為擴展密鑰。
加密算法：
加密算法的操作順序：初始的密鑰加，( Nr-1) 輪迭代，一個結(jié)尾輪。即：
Rijndael (State , Ciphe rKey)
{
KeyExpansion (Ciphe rKey , ExpandedKey) ;
AddRoundKey (State , ExpandedKey) ;
for ( i=1; i< Nr; i++) Round (State , ExpandedKey + Nb*i) ;
FinalRound (State, ExpandedKey + Nb*Nr)
}
其中 CipherKey 是種子密鑰，ExpandedKey 是擴展密鑰。密鑰擴展可以事先進行 ( 預(yù)算) ,且 Rijndael 密碼的加密算法可以用這一擴展密鑰來描述, 即 ：
Rijndael (State , ExpandedKey)
{
AddRoundKey (State , ExpandedKey) ;
for ( i=1; i< Nr ; i++) Round (State , ExpandedKey+Nb*i) ;
FinalRound (State, ExpandedKey + Nb*Nr)
}
解密算法：
解密算法的操作順序: 初始的密鑰加，( Nr-1) 輪迭代， 一個結(jié)尾輪。
其中解密算法的輪函數(shù)為 ：
InvRound (Sta te, RoundKey)
{
InvByteSub ( State ) ;
InvShiftRow ( State ) ;
InvMixColumn (State ) ;
AddRoundKey (State , RoundKey)
}
解密算法的結(jié)尾輪為 ：
InvFinalRound (State, RoundKey)
{
InvByteSub ( State ) ;
InvShiftRow ( State ) ;
AddRoundKey (State , RoundKey)
}
關(guān)于AES算法最主要的就是要明白它的加密步驟，明文分組，以及密鑰的使用，給大家貼了很多關(guān)于輪函數(shù)在AES算使用所需的代碼塊，需要的小伙伴自取哦！
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