AES加密演算法 C

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先搞定aes演算法，基本變換包括subbytes（位元組替代）、shiftrows（行移位）、mixcolumns（列混淆）、addroundkey(輪金鑰加）

其演算法一般描述為

明文及金鑰的組織排列方式

bytesubstitution（位元組替代）

非線性的位元組替代，單獨處理每個位元組：

求該位元組在有限域gf(28)上的乘法逆，"0"被對映為自身，即對於α∈gf(28)，求β∈gf(28)，

使得α·β=β·α=1mod(x8+x4+x2+x+1)。

對上一步求得的乘法逆作仿射變換

yi=xi + x(i+4)mod8 + x(i+6)mod8 + x(i+7)mod8 + ci

(其中ci是6310即011000112的第i位），用矩陣表示為

本來打算把求乘法逆和仿射變換演算法敲上去，最後還是放棄了...直接打置換表

unsigned char sbox = 
;

下面是逆置換表，解密時使用

unsigned char invsbox[256] =  
;

這裡遇到問題了，本來用純c初始化陣列很正常，封裝成類以後發現不能初始化，不管是宣告、建構函式都無法初始化，百歌谷度了一通後沒有任何答案，無奈只能在建構函式中宣告乙個區域性變數陣列並初始化，然後用memcpy，（成員變數名為sbox/invsbox，區域性變數名sbox/invsbox）

void aes::subbytes(unsigned char state[4]) } }

shiftrows（行移位變換）

行移位變換完成基於行的迴圈位移操作，變換方法：

即行移位變換作用於行上，第0行不變，第1行迴圈左移1個位元組，第2行迴圈左移2個位元組，第3行迴圈左移3個位元組。

void aes::shiftrows(unsigned char state[4]) 
for(c=0; c<4; c++) } }

mixcolumns（列混淆變換）

逐列混合，方法：

矩陣表示形式：

}其中ffmul為有限域gf(28)上的乘法，標準演算法應該是迴圈8次（b與a的每一位相乘，結果相加），但這裡只用到最低2位，解密時用到的逆列混淆也只用了低4位，所以在這裡高4位的運算是多餘的，只計算低4位。

addroundkey（輪金鑰加變換）

簡單來說就是逐字節相加，有限域gf(28)上的加法是模2加法，即異或

void aes::addroundkey(unsigned char state[4], unsigned char k[4]) } }

keyexpansion（金鑰擴充套件）將輸入的金鑰擴充套件為11組128位金鑰組，其中第0組為輸入金鑰本身

其後第n組第i列為第n-1組第i列與第n組第i-1列之和（模2加法，1<= i <=3）

對於每一組第一列即i=0，有特殊的處理

將前一列即第n-1組第3列的4個位元組迴圈左移1個位元組，

並對每個位元組進行位元組替代變換subbytes

將第一行（即第乙個位元組）與輪常量rc[n]相加

最後再與前一組該列相加
void aes::keyexpansion(unsigned char* key, unsigned char w[4][4]) 
;     for(r=0; r<4; r++) 
} for(i=1; i<=10; i++) 
if(j == 0) 
t[3] = sbox[temp]; 
t[0] ^= rc[i-1]; 
} for(r=0; r<4; r++) 
} } 
}
解密的基本運算aes解密演算法與加密不同，基本運算中除了addroundkey（輪金鑰加）不變外，其餘的都需要進行逆變換，即

invsubbytes（逆位元組替代）、invshiftrows（逆行移位）、invmixcolumns（逆列混淆）

void aes::invsubbytes(unsigned char state[4]) 
} }   
void aes::invshiftrows(unsigned char state[4]) 
for(c=0; c<4; c++) 
} }   
void aes::invmixcolumns(unsigned char state[4]) 
for(r=0; r<4; r++) } }

加密過程先將輸入的明文按列序組合成4*4的矩陣，直接與第0組金鑰（即輸入的金鑰）相加（異或），作為輪加密的輸入

然後迴圈10次進行subbytes、shiftrows、mixcolumns、addroundkey運算，最後恢復原序列

需要注意的是最後一輪並不進行mixcolumns（列混淆變換）

unsigned char* aes::cipher(unsigned char* input) 
} addroundkey(state,w[0]); 
for(i=1; i<=10; i++) 
for(r=0; r<4; r++) 
} return input;

解密過程

unsigned char* aes::invcipher(unsigned char* input) 
} addroundkey(state, w[10]); 
for(i=9; i>=0; i--) 
for(r=0; r<4; r++) 
} return input; 
}

對外部資料的加密/解密至此已經實現了aes加密與解密的原型，在使用的時候一般處理的是字串等，而不是直接傳入128位的資料，所以要封裝一下對外部資料的加解密處理

void* aes::cipher(void* input, int length) for(i=0; i 加密時預設引數length=0,為要加密的資料長度，如果使用預設值，則作為字串處理，以'\0'為結尾計算長度加密時傳進的指標要預留夠16整數倍位元組的空間，因為加密操作直接修改原資料，不足128位可能造成記憶體溢位

AES加密演算法 C

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