AES加密算法(C++实现,附源码)（2）.pdf

AES（Advanced Encryption Standard），也称为Rijndael加密算法，是一种广泛使用的块密码，用于保护敏感数据的安全。它在计算机科学和信息安全领域扮演着核心角色，特别是在数据传输和存储中。AES的C++实现涉及几个关键步骤，包括密钥扩展、加密过程和解密过程。 **1. 密钥扩展（Key Expansion）** 密钥扩展是AES加密算法中的一个重要部分，它将用户提供的原始密钥（128位、192位或256位）扩展为足够数量的128位轮密钥，以进行多轮加密操作。在C++代码中，`AES::KeyExpansion`函数负责这个任务。原始密钥被复制到第一轮密钥数组中，然后通过一系列规则生成后续的轮密钥。每一轮的生成都涉及到前一轮的密钥和特定的轮常量（rc数组）。例如，对于第n组的第i列，其值是前一组的第i列与当前组的第i-1列进行异或操作的结果，对于第一列，还会加上轮常量并进行字节替换操作。 **2. 加密过程** AES加密过程包括多个相同的加密轮，每轮由四个基本操作组成：SubBytes（字节替换）、ShiftRows（行移位）、MixColumns（列混淆）和AddRoundKey（轮密钥加）。在C++代码中，这些操作对应于`AES::SubBytes`、`AES::ShiftRows`、`AES::MixColumns`和`AES::AddRoundKey`函数。加密的最后一轮不执行MixColumns操作。 **3. 解密过程** AES解密过程与加密类似，但每个基本运算都是加密操作的逆过程。例如，解密时使用的是逆字节替代（InvSubBytes）、逆行移位（InvShiftRows）和逆列混淆（InvMixColumns）。解密同样以AddRoundKey开始，然后按照相反的顺序进行逆操作，最后使用一个附加的轮密钥进行最后的AddRoundKey操作。 **4. 字节替换（Sbox和InvSbox）** 字节替换是AES中的非线性变换，通过预定义的S盒（Sbox）和逆S盒（InvSbox）表完成。Sbox将输入的8位字节转换为8位不同的输出，增加算法的混淆和扩散特性。在C++代码中，`AES::SubBytes`和`AES::InvSubBytes`函数分别使用Sbox和InvSbox进行字节替换和逆字节替换。 **5. 行移位和逆行移位** 行移位操作对状态矩阵的行进行循环左移，以增加数据的混合度。在加密过程中，第二、第三和第四行分别左移1、2和3个位置。在解密过程中，这些操作按相反的方向进行。 **6. 列混淆和逆列混淆** 列混淆是一个线性变换，它通过对矩阵的列进行特定的线性组合来打乱数据。在加密时，这个操作通过乘以一个固定的矩阵实现。在解密时，使用了逆操作，即乘以该矩阵的逆矩阵。 以上是AES加密算法在C++中的基本实现概述，源代码展示了如何将这些理论概念转化为实际的编程逻辑。通过理解这些步骤，开发者可以构建自己的AES加密库，用于数据安全保护。