AES原理及c语言实现
AES算法:对称密码算法根据对明文消息加密方式的不同可分为两大类,即分组密码和流密码。分组密码将消息分为固定长度的分组,输出的密文分组通常与输入的明文分组长度相同。AES算法属于分组密码算法,它的输入分组、输出分组以及加/ 解密过程中的中间分组都是128比特。密钥的长度K为128,192 或256 比特。用Nk=4,6,8 代表密钥串的字数(1 字=32 比特) ,在本文编制的程序中由用户选定。用Nr 表示对一个数据分组加密的轮数(加密轮数与密钥长度的关系见表1) 。每一轮都需要一个和输入分组具有同样长度(128 比特) 的扩展密钥Ke的参与。由于外部输入的加密密钥K长度有限,所以在AES中要用一个密钥扩展程序( KeyExpansion) 把外部密钥K扩展成更长的比特串,以生成各轮的加密密钥 **AES(高级加密标准)**是一种广泛使用的对称加密算法,属于分组密码算法,它在信息安全领域扮演着至关重要的角色。AES的核心在于其高效且安全的加密过程,能够保护数据免受未经授权的访问。 **1. AES算法概述:** AES的全称为Advanced Encryption Standard,由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计,最终在2000年被美国国家标准与技术研究所(NIST)选为DES的替代标准。AES支持三种不同的密钥长度:128位、192位和256位,每个长度对应不同的加密轮数。128位密钥的AES执行10轮加密,192位密钥执行12轮,而256位密钥执行14轮。这些轮数的设计是为了增加攻击者破解的难度。 **2. AES工作原理:** AES的加密过程主要包括四个基本操作,这些操作在每一轮中循环进行,直到完成所有轮数的处理。这四个操作分别是: - **字节代换(SubBytes)**:使用预定义的S盒(S-Box)进行非线性替换,每个字节都被S盒中的一个新字节替换。 - **行移位(ShiftRows)**:对矩阵中的每一行进行循环左移,不同行的移动步数不同,以增加混淆。 - **列混淆(MixColumns)**:对矩阵的每一列进行线性变换,通过乘法操作使数据的组合更加复杂。 - **密钥加(AddRoundKey)**:将当前轮的扩展密钥与状态矩阵中的每个字节进行异或操作,这是唯一使用密钥的步骤。 **3. 密钥扩展(Key Expansion):** 由于原始密钥的长度有限,AES需要一个密钥扩展过程来生成每一轮所需的扩展密钥。这个过程利用特定的规则,如循环左移、字节代换和线性变换,将初始密钥扩展成足够长度的密钥序列,供各轮使用。 **4. C语言实现:** 在C语言中实现AES加密解密算法,需要编写函数来执行上述的四个基本操作,以及密钥扩展过程。程序首先接收用户选择的密钥长度和明文数据,然后进行密钥扩展,接着对明文数据进行加密,最后解密以验证算法的正确性。实现时,需要考虑到内存管理、数据类型转换和位操作等细节。 **5. 性能和安全性:** AES因其高效性和安全性而被广泛采用,128位密钥的安全性被认为足以抵挡目前的计算能力。尽管有一些针对AES的攻击方法,如差分密码分析和线性密码分析,但这些攻击在实际中并不构成严重威胁,尤其是对于较长密钥的AES。 总结来说,AES算法是现代密码学中的重要工具,其设计精巧,性能优异,且在多种编程语言中都有实现。在C语言环境下实现AES,可以深入了解加密算法的内部机制,同时为实际应用提供基础。
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- genemail2014-06-08有一定的参考价值,谢谢
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