安全算法——AES加密流程

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AES加密前准备

1. 需加密的16字节数据

只能是16字节，不足16字节会有相应的补位方法。超过16字节那就拆分成N块16字节，每块分别加密。

2.16字节密钥

AES完整流程

AES加密第一步：密轮钥加

先把要加密的明文16字节数据排列成4×4矩阵

再把16字节密钥也排列成4×4矩阵

然后两个4×4矩阵相加（每个字节相异或），这样就完成了轮密钥加，记住这个步骤，并把这个步骤编成模块，后面还要用。

加密第二步：字节代替

字节代替也叫做S盒变换 AES有个固定的S盒，下图即为S盒

把第一步轮密钥加后产生的每一个字节用十六进制表示 然后以十六进制的第一个数字为行，第二个数字为列，在S盒表中查找对应的数字，用这个数字来代替原先的数字，这样就完成了字节变换。（比如原字节为0x1a，就以1为行，a为列，找到表中对应的0xa2来代替0x1a的位置）

加密第三步：行移位

就是把上一步得到的矩阵每行左环移，第一行不变，第二行环移1位，第三行环移2位，第三行环移3位。

加密第四步：列混淆

将上一步得到的矩阵a左乘矩阵c，得到新的矩阵b。这里的矩阵c是固定的，如下，应该是AES标准规定的。

注意这个乘法不是通常的10进制乘法，观察这个矩阵，里面有三种数字1，2，3，假如一个数y左乘他们其中一个，下面分三种情况介绍：

· 1*y = y

· 2*y 时,如果 y 的首位为0，则 2*y = y << 2 ， 如果 y 的首位为1，则 2*y = ( (y<<1) & ( (1<<8) – 1) ) ^ (0x1b)

· 3*y = (2*y) ^ y

(2*y 的计算方法在上面已经讲了，这里再异或一下 y 就行)

其他情况的数以此类推，都把乘数拆分成1，2，3的积或和形式再用乘法分配律，比如 9*y = (2*2*2 + 1)*y = (2*2*2*y) ^ (1*y)

加密第五步：再来一遍轮密钥加

步骤还是第一步那个步骤，把上一步产生的4×4矩阵与4×4密钥相加，但是这里要加的密钥不再是那个原始密钥了，新的密钥要通过那个原始密钥计算产生，下面讲一下计算方法。

用原始密钥生成扩展密钥的方法如下图所示

这里的K矩阵就是原始密钥，把每一列用4维向量w来表示，就拆分成了w0,w1,w2,w3，将w3进行g中的运算，先是把4个字节左环移，然后对这4个字节进行S盒变换，S盒变换在上面已经介绍过了，变换完后，最左面的字节与RCj相加，AES128加密要把以上步骤进行10轮，RCj在每一轮的计算中都不一样，具体如下

这里我们进行第一轮，就把RCj取01，相加完成后，将得到的w’与w0相加，产生w4，将w4与w1相加产生w5，将w5与w2相加产生w6，将w6与w3相加产生w7，这样，新一轮的密钥诞生了，他就是w4,w5,w6,w7

将新密钥与第四步得到的数据相加，就完成了这一步的轮密钥加。

这个计算后面还要用，编写成模块等待调用。

加密第六步

将以上步骤重复10轮，即可得到密文。

注意最后一轮不要再列混淆了，最后得到的结果就是16字节的密文。