对称密码-分组密码-AES

Posted 2020-07-11 没有梦想的小灰灰

AES产生背景：

DES的安全性和应用前景受到挑战，因此需要设计一个高保密性能的、算法公开的、全球免费使用的分组密码算法，用于保护敏感信息，并希望以此新算法取代DES算法，称为新一代数据加密标准，取名为高级数据加密标准（AES）

 

AES算法并不是一个具体的算法，而是一个算法的标准，它的要求和评估准则：

1.AES基本要求：比DES快且比DES安全，分组长度为128比特，密钥长度为128/192/256。

2.安全性评估：算法输出的随机性好，抗密码分析能力强，并且有可靠的数学基础。

3.成本估计准则：许可成本低，在各种平台上的计算高效率和较小的内存空间需求。

4.算法和实现特性准则：灵活性、硬件和软件使用性、算法的简明性。具体体现为：算法处理的密钥和分组长度必须具备灵活的支持范围；算法在许多不同类型的环境下能够安全和有效地实现；可以作为序列密码、哈希算法实现；必须能够用软件和硬件两种方法实现，并且有利于有效的固件实现；算法设计相对简单。

 

1997年4月15日美国国家标准技术研究所发起征集AES算法的活动．并专门成立了AES工作组织，并在 1997年9月12日在联邦登记处公布了征集AES候选算法的通告。

2000年10月2日正式公布比利时Rijmen 和Daemen设计的Rijndael算成为AES算法。

 

Rijndael优点：

NIST发表了一篇长达116页的报含，总结了选择Rijndael为AES的理由：

无论使用反馈模式还无反馈模式，在广泛的计算环境的硬件和软件实现件能都始终有着优秀的表现；

它的密钥建立时间极短，且灵敏性良好；

极低的内存需求使它非常适合于在存储器受限的环境中使用；

运算易于抵抗强力和时间选择攻击；

算法的内部循环结构将会从指令级并行处理中获得潜在的益处。

 

加密的模型：

 

组合起来就是一个AES块

 

 

AES中块长度, 密钥长度和轮数关系

N_b、N_k：块长度（以word为单位，一个word 32位注意上面的图）

N_r：轮数

子密钥矩阵长度：N_b*（N_r+1）

 

加密的伪代码：

SubBytes步骤中有一个称为S-box的表：

根据计算的结果将结果替换成S-box中相应的的值，比如计算出{53}，x=5，y=3，对应的是{ed}，用{ed}替换{53}

 

ShiftRows：

 

MixColumns：

 

AddRoundKey：

对每一列进行和密钥对应列的异或运算

 

解密过程基本上相当于加密逆过程：

伪代码如下：

 

S-box相应变化：

 

本文只是对AES进行了简单的介绍，根据AES的详细介绍文件来编写的。水平有限，解释的不清楚。

如果想对AES有更系统详细的了解，建议阅读该文档http://files.cnblogs.com/files/13jhzeng/AnnouncingTheAES.pdf。

 

最后，附上java里使用AES的小例子：

public class EncryptAES {
    
    //KeyGenerator提供对称密钥生成器的功能，支持各种算法
    private KeyGenerator keygen;
    //SecretKey负责保存对称密钥
    private SecretKey seckey;
    //Cilher负责完成加密或解密工作
    private Cipher c;
    //该字节数组负责保存加密的结果
    private byte[] cipherByte;
    
    public EncryptAES() throws NoSuchAlgorithmException,NoSuchPaddingException {
        Security.addProvider(new com.sun.crypto.provider.SunJCE());
        //实例化支持AES算法的密钥生成器
        keygen = KeyGenerator.getInstance("AES");
        //生成密钥
        seckey = keygen.generateKey();
        //生成Cipher对象，指定其支持AES算法
        c = Cipher.getInstance("AES");
    }
    
    /** 
     * 对字符串加密 
     *  
     * @param str 
     * @return 
     * @throws InvalidKeyException 
     * @throws IllegalBlockSizeException 
     * @throws BadPaddingException 
     */  
    public byte[] Encrytor(String str) throws InvalidKeyException,  
            IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {  
        // 根据密钥，对Cipher对象进行初始化，ENCRYPT_MODE表示加密模式  
        c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, seckey);  
        byte[] src = str.getBytes();  
        // 加密，结果保存进cipherByte  
        cipherByte = c.doFinal(src);  
        return cipherByte;  
    }  
  
    /** 
     * 对字符串解密 
     *  
     * @param buff 
     * @return 
     * @throws InvalidKeyException 
     * @throws IllegalBlockSizeException 
     * @throws BadPaddingException 
     */  
    public byte[] Decryptor(byte[] buff) throws InvalidKeyException,  
            IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {  
        // 根据密钥，对Cipher对象进行初始化，DECRYPT_MODE表示加密模式  
        c.init(Cipher.DECRYPT_MODE, seckey);  
        cipherByte = c.doFinal(buff);  
        return cipherByte;  
    }  
  
    /** 
     * @param args 
     * @throws NoSuchPaddingException  
     * @throws NoSuchAlgorithmException  
     * @throws BadPaddingException  
     * @throws IllegalBlockSizeException  
     * @throws InvalidKeyException  
     */  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        EncryptAES de1 = new EncryptAES();  
        String msg ="Hi,13jhzeng";  
        byte[] encontent = de1.Encrytor(msg);  
        byte[] decontent = de1.Decryptor(encontent);  
        System.out.println("明文是:" + msg);  
        System.out.println("加密后:" + new String(encontent));  
        System.out.println("解密后:" + new String(decontent));  
    }  
    

}