信息安全 0501 陆耀强 3050604016
一、绪论
1.1 AES 概述及研究意义
目前，由于计算机网络技术的迅速发展，由计算机网络通信而带来的网络安全问题引起了
人们的普遍关注，作为网络安全基础理论之一的密码学引起了人们的极大关注，吸引着越来越
多的研究人员投入到密码领域的研究当中；同时，由于现实生活当中的实际需要以及计算技术
的发展变化，密码 学的每一个研究领域都出现了许多新的课题、新的方向。例如：在分组密码
领域，由于 DES 已经无法满足高保密性的要求，美国于 1997 年 1 月开始征集新一代数据加密
标准（即高级数据加密标准，Advanced Encryption Standard，AES）。 2000 年 10 月 2 日，正式
宣布选择比利时密码学家所开发的 Rijndael 算法成为 AES 的最终算法。
AES（The Advanced Encryption Standard）是美国国家标准与技术研究所用于加密电子
数据的规范。它被预期能成为人们公认的加密包括金融、电信和政府数字信息的方法 。
AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。明确地说，AES 是一个迭代的、对称
密钥分组的密码，它可以使用 128、192 和 256 位密钥，并且用 128 位（16 字节）分组加
密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解
密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入 数据相同。迭代加密使用一个循环结
构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。Figure 1 显示了
AES 用 192 位密钥对一个 16 位字节数据块进行加密和解密的情形。
1.2 AES 的研究现状及应用情况
1.2.1 AES 算法设计及性能研究现状
目前在理论上对于 AES 算法的研究主要集中在算法设计和性能分析上。
a. 算法设计主要研究算法设计遵循的原则和整体结构。研究算法设计的目的一方面为
性能分析提供了一条途径，从算法的结构上分析算法性能是简单有效的，研究算法整体结
构上的缺陷为提出新的密码分析方法提供新的手段。另一方面，研究 AES 的算法设计对研
发新的分组密码提供了设计原则和参考。目前分组数据加密算法的整体结构有两大
类:Festiel 网络、非平衡 Festiel 网络和 SP 网络。作为 AES 选择的 Rijndael 算法遵循分组密
码的安全性和实现性原则，在整体结构上采用的是 SP 网络结构。
b. 性能分析主要研究算法的各项特性，性能分析主要可以分为实现分析和密码分析两
类。
① 实现分析主要研究 AES 算法可实现的能力，即算法的实现性分析。当前实现性分析
主要集中在 AES 的硬、软件实现的难易度和实现算法的效率等领域中。
② 密码分析主要研究 AES 算法抵抗现有己知密码攻击的能力，即算法的安全性分析。
此外，由于 s-盒是 AES 算法的唯一非线性变换器件，S-盒的性能在很大程度上决定了 AES
算法的安全性。因此，出现了许多分析和研究 s-盒代数性质的研究成果。在这些成果中分
析了 S-盒的代数特征或是表达 S-盒的线性方程组，以达到求解 S-盒或是研究 S-盒安全性的
目的。
1.2.2 AES 工作模式研究现状
分组密码是处理数据的长度是固定的 AES 为 128bits。但是在实际中需要处理的数据通
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