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1、AES算法分析及实现1引言信息社会的兴起，给全球带来了信息技术飞速发展的契机：信息技术的应用，引起了人们生产方式、生活方式和思想观念的巨大变化，极大地推动了人类社会的发展和人类文明的进步。随着人类进入知识经济时代，网络和信息已主见成为人们从事社会活动的基本工具，但是，由于计算机和网络系统的发放性带来的信息与信息系统的安全问题也拓展到前所未有的程度。日益增多的对信息系统的非法入侵和破坏活动正在以惊人的速度在全世界蔓延，给各国信息系统带来巨大的经济损失和安全威胁。随着信息技术的不断发展，信息安全，网络安全的概念正在与时俱进
2、，逐渐从早期的通信保密发展到关注信息的保密、完整、可用、可控和不可否认的信息安全。信息与信息系统，网络与网络系统安全并重，保证信息系统能够安全、可靠、不间断的运行，以提供必要的服务。近年来，我国在发展知识经济、建设信息基础设施以及中国互联网的建设和应用方面都有相当大的进步。计算机网络的广泛应用已经对经济、文化、教育、科学的发展和人类生活质量的提高产生了重要影响，但也带来了一些新的问题。信息系统的的安全总是面临着日益严重的威胁。一方面是由于互联网的开放性及安全性不足，另一方面是众多的攻击手段。为了保证信息系统的安全，需要
3、完整的安全保障体系，应具有保护功能、检测手段、工具的反应以及事故恢复能力。因而，除了不断完善相应的法律和监督措施，我们更需要自我保护。理论和事实都说明，密码技术是一种经济、实用而有效的方法，这也是密码技术得到快速发展和广泛应用的原因。2AES算法分析2.1AES算法产生背景1、AES是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的新一代的加密标准。NIST对AES候选算法的基本要求是:对称分组密码体制;密钥长度支持128,192,256位;明文分组长度128位;算法应易于各种硬件和软件实现。2、1998年NIST开始A
4、ES第一轮征集、分析、测试,共产生了15个候选算法。1999年3月完成了第二轮AES的分析、测试。1999年8月NIST公布了五种算法(MARS,RC6,Rijndael,Serpent,Twofish)成为候选算法。最后,Rijndael,这个由比利时人设计的算法与其它候选算法在成为高级加密标准(AES)的竞争中取得成功,于2000年10月被NIST宣布成为取代DES的新一代的数据加密标准,即AES。3、Rijndael作为新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点。4、AES设计有三个密钥
5、长度:128,192,256比特2.2AES算法原理AES算法是基于置换和代替的。置换是数据的重新排列，而代替是用一个单元数据替换另一个。AES使用了几种不同的技术来实现置换和替换。为了阐明这些技术，让我们用Figure1所示的数据讨论一个具体的AES加密例子。下面是你要加密的128位值以及它们对应的索引数组：00112233445566778899aabbccddeeff0123456789101112131415192位密钥的值是：000102030405060708090a0b0c0d0e0f1011121314
6、15161701234567891011121314151617181920212223Figure2S-盒（Sbox）当AES的构造函数（constructor）被调用时，用于加密方法的两个表被初始化。第一个表是代替盒称为S-盒。它是一个16×16的矩阵。S-盒的前五行和前五列如Figure2所示。在幕后，加密例程获取该密钥数组并用它来生成一个名为w[]的密钥调度表，Figure3所示。Figure3密钥调度表（KeySched）w[]最初的Nk(6)行被作为种子，用原始密钥值（0x00到0x17）。剩余行从种子密钥
7、来产生。变量Nk代表以32位字为单位的种子密钥长度。稍后我分析AES实现时你将清楚地看到w[]是怎样产生的。关键是这里现在有许多密钥使用而不只是一个。这些新的密钥被称为轮密钥（roundkeys）以将它们与原始种子密钥区别开来。Figure4State（态）数组 AES加密例程开始是拷贝16字节的输入数组到一个名为 State（态）的4×4字节矩阵中。。AES加密算法取名为Cipher，它操作State[]，其过程描述的伪代码参见Figure5。 在规范中，加密算法实现的一个预备的处理步骤被称为AddRoundK
8、ey（轮密钥加）。AddRoundKey用密钥调度表中的前四行对State矩阵实行一个字节一个字节的异或（XOR）操作，并用轮密钥表w[c,r]异或输入State[r,c]。 举个例子，如果State矩阵的第一行保存的字节是{00,44,88,cc}，第一列密钥调度表是{00,04,08,0c}，那么新的State[0,2]值是
