AES算法用于保护文档的机密性

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1、1.AES算法分析1.1AES算法产生背景作为传统对称加密算法标准DES的替代者，由美国国家标准与技术研究所（NIST）于1997年面向全球提出征集该算法的公告，要求分组大小为128位，允许3个不同的密钥大小，即128位，192位或256位，算法必须是可公开的。1999年3月22日，NIST从15个候选算法中公布了5个候选算法进入第二轮选择：MARS，RC6，Rijndael，SERPENT和Twofish。2000年10月2日，以安全性（稳定的数学基础，没有算法弱点，算法抗密码分析的强度，算法输出的随

2、机性），性能（必须能在多种平台上以较快的速度实现），大小（不能占用大量的存储空间和内存），实现特性（灵活性，硬件和软件适应性，算法的简单性等）为标准而最终选定了两个比利时研究者VincentRijmen和JoanDaemen发明的Rijndael算法。并于2001年12月正式发布了AES标准（FIPS197）。该算法是迭代分组密码算法，其分组长度和密钥长度都可改变，该算法的扩充形式允许分组长度和密钥长度以32b的步长，从128b到256b范围内进行特定的变化。该算法的主要优点是：设计简单，密钥建立时间短

3、，且灵敏良好，需要的内存空间少，在所有平台上运行良好，支持并行处理，抗所有已知攻击。1.2AES算法原理堆成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265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

4、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Kc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。1）加密变换设X是AES的128比特明文输入，Y是128比特的密文输出，则AES密文Y可以用下面的复合变换表示；Y=Ak(r+1)*R*S*Akr*C*R*S*A(r-1)*****C*R*S*Akl(X)。其中“*”表示复合运算。这里Aki：表示对X的一个变换Aki

5、(X)=X异或Ki(Ki为第i轮的子密钥，为比特串的异或运算)。S:S是一个给定的转换表。R:行置换。C:列置换。S`(x)=a(x)异或s(x)1.3AES算法安全性分析1）AES汇聚了安全性能，效率，可是线性和灵活性等优点，最大的优点是可以给出算法最佳差分特征的概率，并分析算法抵抗差分密码分析及线性密码分析的能力。AES对内存的需求非常低，也使它你适合用于资源受限制的环境。AES操作简单，并可抵御强大和实时的攻击.AES的密钥，分组和轮数的组合对应关系。2）对AES密码的攻击大致有差分和线性分析攻击

6、，变量法攻击和Square攻击等。3）差分和线性分析攻击：差分和线性分析方法是到目前为止二种最有用的通用密码分析方法。对于这些攻击提供轮数低的复杂度是在设计AES密码时的最基本的准则。对于AES密码来说，已经证明对于一个4轮的AES密码来说,差分分析方法的概率上限是2-150，线性分析方法的概率上限是2-75。结合实际AES密码的轮数,这些轮数对于抵抗上述攻击能够提供足够的安全性。已经证明对于一个4轮的AES密码来说,差分分析方法的概率上限是2-150，线性分析方法的概率上限是2-75。结合实际AES密

7、码的轮数，这些轮数对于抵抗上述攻击能够提供足够的安全性。4）变量法攻击：在变量法公布之后，线性和差分攻击方法在某些方面已经做了扩展，也公布了一些和它相关的攻击方法。最好的扩展方法是截段差分分析法(truncateddifferentials)。但是在设计AES密码的时候就已经考虑到这种攻击方法,AES密码能够比较好地抵抗这种攻击。其他的攻击方法还有：不可能差分攻击：差分密码攻击是利用高概率特征或差分恢复密钥，不可能差分攻击是利用概率为0(或非常小)的特征或差分,其基本思想是排除那些导致概率为0(或非常小

8、)的特征或差分的候选密钥。对5轮的AES密码，可以用不可能差分攻击方法，它要求229.5个选择明文、231个密文、242个存储字和226小时的预先处理时间，使得它可以攻击6轮的AES密码。但是对于轮数更高的AES密码，采用该方法攻击则没有更好的效果。5）Square攻击：对AES密码分析最有效的就是Square攻击，它是一个选择明文攻击,通过研究基于字节结构的密文来进行攻击。它对于和AES密码的其中一轮有相似结构的任何密文都是有效的。这种攻