AES加密算法的原理详解与实现分析(11)

/** * 常量轮值表 */ static const int Rcon[10] = { 0x01000000, 0x02000000, 0x04000000, 0x08000000, 0x10000000, 0x20000000, 0x40000000, 0x80000000, 0x1b000000, 0x36000000 }; /** * 密钥扩展中的T函数 */ static int T(int num, int round) { int numArray[4]; splitIntToArray(num, numArray); leftLoop4int(numArray, 1);//字循环 //字节代换 for(int i = 0; i < 4; i++) numArray[i] = getNumFromSBox(numArray[i]); int result = mergeArrayToInt(numArray); return result ^ Rcon[round]; }

字节代换的代码很简单，就是把状态矩阵中的每个元素传进getNumFromSBox()函数中，然后取得前面8位中的高4位作为行值，低4位作为列值，然后返回S[row][col]，这里的S是储存S盒的数组。

/** * 根据索引，从S盒中获得元素 */ static int getNumFromSBox(int index) { int row = getLeft4Bit(index); int col = getRight4Bit(index); return S[row][col]; } /** * 字节代换 */ static void subBytes(int array[4][4]){ for(int i = 0; i < 4; i++) for(int j = 0; j < 4; j++) array[i][j] = getNumFromSBox(array[i][j]); }

行移位的时候，首先把状态矩阵中第2，3，4行复制出来，然后对它们行进左移相应的位数，然后再复制回去状态矩阵array中。

/** * 将数组中的元素循环左移step位 */ static void leftLoop4int(int array[4], int step) { int temp[4]; for(int i = 0; i < 4; i++) temp[i] = array[i]; int index = step % 4 == 0 ? 0 : step % 4; for(int i = 0; i < 4; i++){ array[i] = temp[index]; index++; index = index % 4; } } /** * 行移位 */ static void shiftRows(int array[4][4]) { int rowTwo[4], rowThree[4], rowFour[4]; //复制状态矩阵的第2,3,4行 for(int i = 0; i < 4; i++) { rowTwo[i] = array[1][i]; rowThree[i] = array[2][i]; rowFour[i] = array[3][i]; } //循环左移相应的位数 leftLoop4int(rowTwo, 1); leftLoop4int(rowThree, 2); leftLoop4int(rowFour, 3); //把左移后的行复制回状态矩阵中 for(int i = 0; i < 4; i++) { array[1][i] = rowTwo[i]; array[2][i] = rowThree[i]; array[3][i] = rowFour[i]; } }

列混合函数中，先把状态矩阵初始状态复制一份到tempArray中，然后把tempArray与colM矩阵相乘，colM为存放要乘的常数矩阵的数组。其中的GFMul()函数定义了矩阵相乘时的乘法，加法则直接通过异或来实现。GFMul()通过调用乘以各个数对应的函数来实现乘法。例如，S1 * 2 刚通过调用GFMul2(S1)来实现。S1 * 3 刚通过GFMul3(S1)来实现。在这里，主要实现GFMul2()函数就行了，其它的都可以通过GFMul2()的组合来实现。举个例子吧，为计算下面这条等式，需要像下面这样调用函数

s = GFMul3(0xC9) ^ 0x7A ^ 0x63 ^ GFMul2(0xB0)

/** * 列混合要用到的矩阵 */ static const int colM[4][4] = { 2, 3, 1, 1, 1, 2, 3, 1, 1, 1, 2, 3, 3, 1, 1, 2 }; static int GFMul2(int s) { int result = s << 1; int a7 = result & 0x00000100; if(a7 != 0) { result = result & 0x000000ff; result = result ^ 0x1b; } return result; } static int GFMul3(int s) { return GFMul2(s) ^ s; } /** * GF上的二元运算 */ static int GFMul(int n, int s) { int result; if(n == 1) result = s; else if(n == 2) result = GFMul2(s); else if(n == 3) result = GFMul3(s); else if(n == 0x9) result = GFMul9(s); else if(n == 0xb)//11 result = GFMul11(s); else if(n == 0xd)//13 result = GFMul13(s); else if(n == 0xe)//14 result = GFMul14(s); return result; } /** * 列混合 */ static void mixColumns(int array[4][4]) { int tempArray[4][4]; for(int i = 0; i < 4; i++) for(int j = 0; j < 4; j++) tempArray[i][j] = array[i][j]; for(int i = 0; i < 4; i++) for(int j = 0; j < 4; j++){ array[i][j] = GFMul(colM[i][0],tempArray[0][j]) ^ GFMul(colM[i][1],tempArray[1][j]) ^ GFMul(colM[i][2],tempArray[2][j]) ^ GFMul(colM[i][3], tempArray[3][j]); } }

轮密钥加的实现很简单，就是根据传入的轮数来把状态矩阵与相应的W[i]异或。

/** * 轮密钥加 */ static void addRoundKey(int array[4][4], int round) { int warray[4]; for(int i = 0; i < 4; i++) { splitIntToArray(w[ round * 4 + i], warray); for(int j = 0; j < 4; j++) { array[j][i] = array[j][i] ^ warray[j]; } } }

AES的解密函数和加密函数有点不同，可以参考上面的等价解密流程图来理解，解密函数中调用的是各轮操作的逆函数。逆函数在这里就不详细讲解了，可以参考最后的完整代码。

（编辑：ASP站长网）