AES加密算法的原理详解与实现分析(9)

下面举个例子：
设初始的128位密钥为：
3C A1 0B 21 57 F0 19 16 90 2E 13 80 AC C1 07 BD
那么4个初始值为：
W[0] = 3C A1 0B 21
W[1] = 57 F0 19 16
W[2] = 90 2E 13 80
W[3] = AC C1 07 BD
下面求扩展的第1轮的子密钥(W[4],W[5],W[6],W[7])。
由于4是4的倍数，所以：
W[4] = W[0] ⨁ T(W[3])
T(W[3])的计算步骤如下：

循环地将W[3]的元素移位：AC C1 07 BD变成C1 07 BD AC;

将 C1 07 BD AC 作为S盒的输入，输出为78 C5 7A 91;

将78 C5 7A 91与第一轮轮常量Rcon[1]进行异或运算，将得到79 C5 7A 91，因此，T(W[3])=79 C5 7A 91，故
W[4] = 3C A1 0B 21 ⨁ 79 C5 7A 91 = 45 64 71 B0
其余的3个子密钥段的计算如下：
W[5] = W[1] ⨁ W[4] = 57 F0 19 16 ⨁ 45 64 71 B0 = 12 94 68 A6
W[6] = W[2] ⨁ W[5] =90 2E 13 80 ⨁ 12 94 68 A6 = 82 BA 7B 26
W[7] = W[3] ⨁ W[6] = AC C1 07 BD ⨁ 82 BA 7B 26 = 2E 7B 7C 9B
所以，第一轮的密钥为 45 64 71 B0 12 94 68 A6 82 BA 7B 26 2E 7B 7C 9B。

在文章开始的图中，有AES解密的流程图，可以对应那个流程图来进行解密。下面介绍的是另一种等价的解密模式，流程图如下图所示。这种等价的解密模式使得解密过程各个变换的使用顺序同加密过程的顺序一致，只是用逆变换取代原来的变换。

AES原理到这里就结束了，下面主要为AES的实现，对以上原理中的每一个小节进行实现讲解，讲解的时候会插入一些关键代码，完整的代码参见文章最后。文章最后提供两个完整的程序，一个能在linux下面编译运行，一个能在VC6.0下面编译通过。

aes加密函数中，首先进行密钥扩展，然后把128位长度的字符串读进一个4*4的整数数组中，这个数组就是状态矩阵。例如，pArray[0][0] = S0,pArray[1][0] = S1, pArray[0][1] = S4。这个读取过程是通过 convertToIntArray()函数来实现的。每个轮操作的函数都对pArray进行修改，也就是对状态矩阵进行混淆。在执行完10轮加密后，会把pArray转换回字符串，再存入明文p的字符数组中，所以，在加密完后，明文p的字符串中的字符就是加密后的字符了。这个转换过程是通过convertArrayToStr()函数来实现的。

/** * 参数 p: 明文的字符串数组。 * 参数 plen: 明文的长度。 * 参数 key: 密钥的字符串数组。 */ void aes(char *p, int plen, char *key){ int keylen = strlen(key); if(plen == 0 || plen % 16 != 0) { printf("明文字符长度必须为16的倍数！\n"); exit(0); } if(!checkKeyLen(keylen)) { printf("密钥字符长度错误！长度必须为16、24和32。当前长度为%d\n",keylen); exit(0); } extendKey(key);//扩展密钥 int pArray[4][4]; for(int k = 0; k < plen; k += 16) { convertToIntArray(p + k, pArray); addRoundKey(pArray, 0);//一开始的轮密钥加 for(int i = 1; i < 10; i++){//前9轮 subBytes(pArray);//字节代换 shiftRows(pArray);//行移位 mixColumns(pArray);//列混合 addRoundKey(pArray, i); } //第10轮 subBytes(pArray);//字节代换 shiftRows(pArray);//行移位 addRoundKey(pArray, 10); convertArrayToStr(pArray, p + k); } }

在开始加密前，必须先获得第一轮加密用到的密钥，故先实现密钥扩展
下面是密钥扩展函数的实现，这个函数传入密钥key的字符串表示，然后从字符串中读取W[0]到W[3],函数getWordFromStr()用于实现此功能。读取后，就开始扩展密钥，当i是4的倍数的时候，就会调用T()函数来进行扩展，因为T函数的行为与加密的轮数有关，故要把加密的轮数 j 作为参数传进去。

（编辑：ASP站长网）