AES算法流程以与4种工作模式流程图.pdf

AES（Advanced Encryption Standard）是一种广泛使用的块加密标准，它的全称为高级加密标准。AES算法以其高效性和安全性在信息安全领域占据重要地位。AES的核心是Rijndael算法，它支持不同长度的密钥和数据块，具体来说，数据块长度固定为128比特，而密钥长度可以是128、192或256比特。 AES加密过程分为多个轮次（Nr轮），每一轮都包含四个核心步骤： 1. **S盒变换（SubBytes）**：S盒是一个8x8的查找表，用于非线性地转换每个字节。输入是一个字节的高4位和低4位，根据这两个值在S盒中找到对应的替换值。S盒的构造涉及GF(2^8)域中的逆运算和仿射变换，增加了算法的非线性，提高了安全性。 2. **行移位（ShiftRows）**：状态矩阵的每一行都会进行循环移位，第一行不变，第二行向左移一位，第三行向左移两位，第四行向左移三位。这种操作使同一列的元素在不同行间错开，增强了混淆效果。 3. **列混淆（MixColumns）**：列混淆是通过特定的线性变换实现的，即将每一列的四个字节视为GF(2^8)域中的元素，进行一次线性组合。这使得列中的每个元素成为该列所有元素的某种线性组合，增加了算法的扩散性。 4. **轮密钥加（AddRoundKey）**：这是每次轮次开始时或结束时执行的操作，即将当前轮的子密钥与状态矩阵逐位异或，子密钥是由原始密钥经过密钥扩展算法生成的。 密钥调度算法是AES中的关键部分，它的目标是生成足够多的轮密钥供整个加密过程中使用。这个过程包括密钥扩展和轮密钥选择： 1. **密钥扩展（Key Expansion）**：从原始密钥开始，生成一个扩展密钥数组W，其中前Nk个字是原始密钥，其余的字通过一系列规则生成。对于不同长度的密钥，扩展规则略有不同，但总体上是通过对已有的密钥字进行位操作（如旋转、XOR等）来产生新的密钥字。 2. **轮密钥选择**：轮密钥按顺序从扩展密钥数组中提取，用于每一轮的AddRoundKey步骤。第一个轮密钥直接来自原始密钥，之后的轮密钥依次从扩展密钥中选取。 AES的解密过程与加密过程类似，只是S盒变换使用S盒的逆变换，以及在最后一轮中省去了列混淆步骤。通过这些步骤，AES能够在保持高效的同时提供强大的加密保护，确保数据的安全传输和存储。