AES加密算法实验报告.docx

**AES加密算法实验报告** **一、AES加密算法概述** AES，全称为Advanced Encryption Standard，是2001年由美国国家标准技术研究所（NIST）发布的一种对称加密算法，用以替代原有的DES加密标准。AES的主要特点在于其高效性和安全性，广泛应用于数据保护、网络安全等领域。该算法基于有限域GF(2^8)上的数学运算，包括加法、减法、乘法和XOR等操作，其核心过程包含字节代换、行移位、列混淆和轮密钥加四个步骤。 **二、AES加密过程** 1. **字节代换（SubBytes）**：这一阶段使用预定义的S盒（S-box）进行非线性转换，每个字节都被S盒中的另一个字节替换，以增加加密的复杂性和安全性。 2. **行移位（ShiftRows）**：字节矩阵的行进行循环左移，第一行不移动，第二行左移1个字节，第三行左移2个字节，第四行左移3个字节。 3. **列混淆（MixColumns）**：对每一列执行特定的线性变换，通过乘法运算在GF(2^8)上进行，以增强加密的扩散性。 4. **轮密钥加（AddRoundKey）**：将当前状态矩阵与轮密钥进行异或操作，轮密钥由主密钥经过扩展和轮密钥生成算法得到。 **三、实验内容** 本次实验中，我们利用AES算法实现对图片的加密与解密。我们需要选取待加密的图片，这可以通过对话框（Dialog Box）实现，通过`#include <commdlg.h>`引入所需的头文件。图片的像素数据将被读取并转化为适合AES处理的形式。 加密过程中，图片数据会依次经历上述四个步骤。解密则是加密的逆过程，即先进行轮密钥加，然后执行逆列混淆、逆行移位和字节代换。 实验中，使用了`atlimage.h`库来处理图像的读取和保存，确保加密后结果仍能以图片格式存储。 **四、实现细节** 在提供的代码片段中，`plaintext`类封装了AES加密算法的关键步骤： 1. `SubBytes()`：执行字节代换，使用S盒进行非线性转换。 2. `ShiftRows()`：实现行移位操作。 3. `MatrixToByte()`：执行列混淆变换。 4. `inShiftRows()`：逆行移位变换，用于解密。 5. `inMatrixToByte()`：逆列混淆变换，用于解密。 6. `FFmul()`：在有限域GF(2^8)上执行乘法操作。 7. `KeyAdding()`：执行轮密钥加，将状态矩阵与轮密钥异或。 实验要求实现完整的加密和解密流程，这需要对每个步骤的正确实现以及轮密钥生成算法有深入理解。 **五、实验总结** 通过这个实验，我们不仅掌握了AES加密算法的基本原理和实现，还学会了如何将加密算法应用到实际的数据（如图片）上。此外，实验还锻炼了我们的编程能力和问题解决能力，尤其是在处理图像数据和文件操作方面。实验的完成有助于深化对对称加密的理解，为今后在网络安全和数据保护领域的学习和工作打下坚实基础。