基于AES的軟件加密解密的設計與實現

唐高陽 孫世坤

（1.沈陽理工大學理學院，遼寧 沈陽 110168；2.朝陽縣蒙古族中學，遼寧 朝陽 122000）

1 AES 算法基本原理

AES(Advanced Encryption Standard，高級加密標準)是一個對稱分組算法，用來取代DES 算法，從而成為使用廣泛的新標準。選用Rijndael 算法來作為AES，Rijndael 是比利時的兩位密碼學家Daemen和Rijmen 共同設計的。Rijndael 算法是具有分組長度和密鑰長度均可變的分組算法。密鑰長度和分組長度可以獨立地指定為128 位、192位或是256 位。

Feistel 結構是數據分組中的一半被用來修改數據分組中另外一半，然后交換這兩部分，AES 算法不是Feistel 結構的算法。AES 定義了一個S 盒，它是由16×16個字節(jié)組成的矩陣，包含了8 位值所能表達的256 種可能的變換。

1.1 字節(jié)代換

AES 中輸入分組是用以字節(jié)為單位的正方形矩陣來描述的，該分組被復制到State 數組，這個數組在加密或解密的每個階段都會被改變，運算完最后的輪密鑰加變換后，State 被復制到輸出矩陣中。字節(jié)代換是一個簡單的查表操作，用State 數組中的每個字節(jié)的高4 位作為行值，低4 位作為列值，然后取S 盒中對應行列的元素作為輸出，最后把State 數組的該字節(jié)用輸出的這個元素替換。例如，十六進制值19，所對應的S 盒的行值是1，列值是9，S 盒中在此位置的值是D4，然后用D4 替換19。

1.2 行位移

行位移是這樣來實現的，State 的第一行保持不變，第二行循環(huán)左移1個字節(jié)，第三行循環(huán)左移2個字節(jié)，第四行循環(huán)左移3個字節(jié)。

1.3 列混淆

列混淆是對每列獨立地進行操作。列混淆變換是這樣進行的，把經行位移變換操作后的State 數組的一列取出來，然后與一個4×4 的矩陣進行與操作，把得到的結果覆蓋取出來的那一列，依次類推，處理完4 列以后就完成了列混淆變換。

1.4 輪密鑰加

輪密鑰加變換就是把經過列混淆得到的State 與密鑰進行異或運算，也就是State 的第1 列與密鑰的第1 列進行異或運算，運算結果替換State 的第1 列，后面的幾列以此方法類推。

2 實現過程

2.1 定義類CASE 作為AES 算法的實現類

2.2 在CAES 類中實現SetKeys 方法，該方法用于指定密鑰及輪密鑰加運算的次數

2.3 在CASE 類中實現SubBytes 方法，該方法用于單字節(jié)代替變換操作

2.4 GfCalc 方法用來計算單字節(jié)的乖加計算，并根據不同的計算模式進行不同的計算

3 運行結果

圖1

4 結束語

在商業(yè)企業(yè)的計算機中往往存在大量的機密文件，這些機密文件對企業(yè)的發(fā)展將會產生不可估量的作用。如果這些機密文件保管不善，將會使企業(yè)遭受巨大的損失。AES 是一個新的可以用于保護電子數據并被廣泛使用的加密算法。

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