AES加密算法C语言代码实现

# define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS # include "stdio.h" # include "stdlib.h" # include "string.h" # include "AES_Table.h" int Print_Table(const unsigned char* Table, int TableSize) { for (int i = 0; i < TableSize; i++) { printf("%02X ", Table[i]); } printf("\n"); return 0; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: 将字符串转换成AES标准数组 //参数: String 输入的字符串 // Array 输出的AES标准数组 //返回值:int int StringToArray(const unsigned char *String, unsigned char (*Array)[4]) { int ret = 0; for (int i = 0; i < 16; i++) { Array[i & 0x03][i >> 2] = String[i]; } return ret; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: 将AES标准数组转换成字符串 //参数: Array 输入的AES标准数组 // String 输出的字符串 //返回值:int int ArrayToString(const unsigned char(*Array)[4], unsigned char *String) { int ret = 0; for (int i = 0; i < 16; i++) { String[i] = Array[i & 0x03][i >> 2]; } return ret; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: 对指定的扩展密钥矩阵列进行S盒替换 //参数: ExtendKeyArray 输入的扩展密钥矩阵 // nCol 输入的列号 //返回值:int int Key_S_Substitution(unsigned char(*ExtendKeyArray)[44], unsigned int nCol) { int ret = 0; for (int i = 0; i < 4; i++) { ExtendKeyArray[i][nCol] = S_Table[(ExtendKeyArray[i][nCol]) >> 4][(ExtendKeyArray[i][nCol]) & 0x0F]; } return ret; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: 对列号是四的倍数的密钥扩展矩阵执行G函数 //参数: ExtendKeyArray 输入的扩展密钥矩阵 // nCol 输入的列号 //返回值:int int G_Function(unsigned char(*ExtendKeyArray)[44], unsigned int nCol) { int ret = 0; //1、将扩展密钥矩阵的nCol-1列复制到nCol列上，并将nCol列第一行的元素移动到最后一行，其他行数上移一行 for (int i = 0; i < 4; i++) { ExtendKeyArray[i][nCol] = ExtendKeyArray[(i + 1) % 4][nCol - 1]; } //2、将nCol列进行S盒替换 Key_S_Substitution(ExtendKeyArray, nCol); //3、将该列第一行元素与Rcon进行异或运算 ExtendKeyArray[0][nCol] ^= Rcon[nCol / 4]; return ret; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: 计算扩展密钥数组 //参数: PasswordArray 输入的密钥字符串数组 // ExtendKeyArray 输出的扩展密钥数组 //返回值:int int CalculateExtendKeyArray(const unsigned char(*PasswordArray)[4], unsigned char(*ExtendKeyArray)[44]) { int ret = 0; //1、将密钥数组放入前四列扩展密钥组 for (int i = 0; i < 16; i++) { ExtendKeyArray[i & 0x03][i >> 2] = PasswordArray[i & 0x03][i >> 2]; } //2、计算扩展矩阵的后四十列 for (int i = 1; i < 11; i++) //进行十轮循环 { //(1)如果列号是4的倍数，这执行G函数 否则将nCol-1列复制到nCol列上 G_Function(ExtendKeyArray, 4*i); //(2)每一轮中，各列进行异或运算 // 列号是4的倍数 for (int k = 0; k < 4; k++)//行号 { ExtendKeyArray[k][4 * i] = ExtendKeyArray[k][4 * i] ^ ExtendKeyArray[k][4 * (i - 1)]; } // 其他三列 for (int j = 1; j < 4; j++)//每一轮的列号 { for (int k = 0; k < 4; k++)//行号 { ExtendKeyArray[k][4 * i + j] = ExtendKeyArray[k][4 * i + j - 1] ^ ExtendKeyArray[k][4 * (i - 1) + j]; } } } return ret; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: 轮密钥加 //参数: PlainArray 输入的明文数组矩阵 // ExtendKeyArray 输入的扩展密钥数组 // MinCol 输入的最小列号 //返回值:int int AddRoundKey(unsigned char(*PlainArray)[4], unsigned char(*ExtendKeyArray)[44], unsigned int MinCol) { int ret = 0; for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 0; j < 4; j++) { PlainArray[i][j] ^= ExtendKeyArray[i][MinCol + j]; } } return ret; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: 对明文矩阵进行S盒的字节代换 //参数: PlainArray 输入的明文矩阵 //返回值:int int Plain_S_Substitution(unsigned char *PlainArray) { int ret = 0; for (int i = 0; i < 16; i++) { PlainArray[i] = S_Table[PlainArray[i] >> 4][PlainArray[i] & 0x0F]; } return ret; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: ShiftRows子层的行位移 //参数: PlainArray 输入的明文矩阵(强制转换成int类型) //返回值:int int ShiftRows(unsigned int *PlainArray) { int ret = 0; //第一行 不移位 //PlainArray[0] = PlainArray[0]; //第二行 左移8Bit PlainArray[1] = (PlainArray[1] >> 8) | (PlainArray[1] << 24); //第三行 左移16Bit PlainArray[2] = (PlainArray[2] >> 16) | (PlainArray[2] << 16); //第四行 左移24Bit PlainArray[3] = (PlainArray[3] >> 24) | (PlainArray[3] << 8); return ret; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: 伽罗瓦域内的乘法运算 GF(128) //参数: Num_L 输入的左参数 // Num_R 输入的右参数 //返回值:计算结果 char GaloisMultiplication(unsigned char Num_L, unsigned char Num_R) { //定义变量 unsigned char Result = 0; //伽罗瓦域内乘法计算的结果 while (Num_L) { //如果Num_L最低位是1就异或Num_R，相当于加上Num_R * 1 if (Num_L & 0x01) { Result ^= Num_R; } //Num_L右移一位，相当于除以2 Num_L = Num_L >> 1; //如果Num_R最高位为1 if (Num_R & 0x80) { //左移一位相当于乘二 Num_R = Num_R << 1; //注：这里会丢失最高位，但是不用担心 Num_R ^= 0x1B; //计算伽罗瓦域内除法Num_R = Num_R / (x^8(刚好丢失最高位) + x^4 + x^3 + x^1 + 1) } else { //左移一位相当于乘二 Num_R = Num_R << 1; } } return Result; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: MixColum子层的列混淆 //参数: PlainArray 输入的明文矩阵 //返回值:int int MixColum(unsigned char(*PlainArray)[4]) { int ret = 0; //定义变量 unsigned char ArrayTemp[4][4]; //初始化变量 memcpy(ArrayTemp, PlainArray, 16); //矩阵乘法 4*4 for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 0; j < 4; j++) { PlainArray[i][j] = GaloisMultiplication(MixArray[i][0], ArrayTemp[0][j]) ^ GaloisMultiplication(MixArray[i][1], ArrayTemp[1][j]) ^ GaloisMultiplication(MixArray[i][2], ArrayTemp[2][j]) ^ GaloisMultiplication(MixArray[i][3], ArrayTemp[3][j]); } } return ret; } int AES_EnCryption(const unsigned char *PlainText, const unsigned char *PassWord, unsigned char *CipherText) { int ret = 0; //1、定义变量 unsigned char PlainArray[4][4]; //明文的4*4矩阵128Bit unsigned char PasswordArray[4][4]; //密钥扩展前的4*4矩阵128Bit unsigned char ExtendKeyArray[4][44]; //存储密钥扩展后的矩阵4*44 //2、初始化变量 memset(PlainArray, 0, 16); memset(PasswordArray, 0, 16); memset(ExtendKeyArray, 0, 176); //3、将字符串转换成AES指定的数组排列 StringToArray(PlainText, PlainArray); StringToArray(PassWord, PasswordArray); //4、计算扩展密钥 CalculateExtendKeyArray(PasswordArray, ExtendKeyArray); //5、轮密钥加 AddRoundKey(PlainArray, ExtendKeyArray, 0); //6、循环前n-1轮 for (int i = 1; i < 10; i++) { //(1)字节代换层 Plain_S_Substitution((unsigned char *)PlainArray); //(2)ShiftRow子层 行位移 ShiftRows((unsigned int *)PlainArray); //(3)MixColum子层 列混淆 MixColum(PlainArray); //(4)轮密钥加 AddRoundKey(PlainArray, ExtendKeyArray, 4 * i); } //7、最后一轮 //(1)字节代换层 Plain_S_Substitution((unsigned char *)PlainArray); //(2)ShiftRow子层 行位移 ShiftRows((unsigned int *)PlainArray); //(3)轮密钥加 AddRoundKey(PlainArray, ExtendKeyArray, 4 * 10); //8、传出输出的密文 注意密文的排列方式 ArrayToString(PlainArray, CipherText); return ret; } /////////////////////////////////////////////////////////////// //功能: 逆向ShiftRows子层的行位移 //参数: CipherArray 输入的密文矩阵(强制转换成int类型) //返回值:int int ReShiftRows(unsigned int *CipherArray) { int ret = 0; //第一行 不移位 //CipherArray[0] = CipherArray[0]; //第二行 右移8Bit CipherArray[1] = (CipherArray[1] << 8) | (CipherArray[1] >> 24);