高级加密标准 (AES)

高级加密标准 (AES) 是美国国家标准与技术研究院 (NIST) 于 2001 年制定的加密标准。它在全球范围内广泛应用于硬件和软件中，用于加密敏感数据。AES 在计算机网络（特别是无线网络）上传输数据时得到广泛使用。

AES 的特性

• AES 是 Rijndael 分组密码的一个子集。
• 它是数据加密标准 (DES) 的后续者，比 DES 更强大、更快。
• 它是一种对称密钥对称分组密码。
• 它操作 128 位（16 字节）数据。
• 密码密钥可以是 128 位、192 位或 256 位。
• 所有计算都在字节而不是位上执行。
• AES 提供了完整的规范和设计细节。
• 它可以使用 C 和 Java 语言实现软件保护。

AES 的操作

高级加密标准的加密过程基于以迭代方式进行的置换和替换操作。16 个字节的数据排列在一个四列四行的矩阵中。在这个矩阵上，AES 执行多轮置换-替换操作。每一轮都使用不同的轮密钥，该轮密钥是由原始 AES 密钥计算出来的。操作的轮数取决于密钥的大小，如下所示：

• 对于 128 位密码密钥，10 轮
• 对于 192 位密码密钥，12 轮
• 对于 256 位密码密钥，14 轮

下图显示了示意图：

上述算法中的加密子过程包括：

• 密钥扩展 - 使用 Rijndael 分组密码调度从密码密钥计算轮密钥。

• 预变换 - 这只包含一个过程，即 Add_Round_Key。在这里，对每个数据字节与轮密钥的一个字节执行异或运算。

• 第 1 轮到第 (N-1) 轮 - 这里执行四个子过程。

  • Sub_Bytes - 对每个字节执行非线性替换，其中字节根据查找表替换为另一个字节。

  • Shift_Rows - 执行转置，其中对最后三行进行一定数量的循环移位。

  • Mix_Columns - 以预定义的方式混合行和列。

  • Add_Round_Key - 对每个字节与轮密钥的一个字节执行异或运算。

• 第 N 轮 - 最后一回合包含三个子过程，即：

  • Sub_Bytes
  • Shift_Rows
  • Add_Round_Key

下图显示了 AES 算法第 1 轮中的子过程

Moumita

更新于：2020年1月9日

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