AES加密算法的核心步骤有哪些?
时间: 2025-06-14 17:16:15 浏览: 6
AES(高级加密标准)是一种分组密码,它采用了一种迭代式的结构,其中相同的转换序列被重复多次。这些转换序列由不同的子密钥驱动,这些子密钥是从原始密钥派生出来的。AES算法支持128位、192位和256位长度的数据块,对应的密钥长度分别为128位、192位和256位。
AES加密算法的主要步骤包括以下几个阶段:
1. **初始密钥扩展**:这是指将原始密钥扩展成多个子密钥的过程。这些子密钥将在后续的轮次中用于加密数据。这个过程通常涉及一系列的逻辑运算,如循环移位、字节替换以及异或操作[^1]。
2. **初始加法轮**:在处理数据之前,会先执行一次简单的加法轮,这一步骤主要是为了增加算法的安全性。在这个过程中,原始明文会被与第一个子密钥进行异或操作。
3. **主要轮次**:对于AES-128来说,总共有9轮,而AES-192和AES-256则分别有11轮和13轮。每一轮都包含了四个基本的操作:字节替代(SubBytes)、行移位(ShiftRows)、列混淆(MixColumns)和轮密钥加(AddRoundKey)。这些操作共同作用于输入数据,逐步将其转化为密文形式。
- **字节替代(SubBytes)**:这是一个非线性的步骤,它基于S盒表来进行字节级别的替换,目的是扰乱数据中的统计特性。
- **行移位(ShiftRows)**:此步骤通过对状态矩阵的某些行进行循环移位,进一步增加了数据的混乱程度。
- **列混淆(MixColumns)**:该步骤是一个线性变换,它通过有限域上的多项式乘法来混合状态矩阵的每一列,从而增强不同字节之间的依赖关系。
- **轮密钥加(AddRoundKey)**:最后,当前状态与相应的子密钥进行异或操作,这一过程不仅引入了更多的随机性,还使得攻击者难以追踪到原始数据。
4. **最终轮**:最后一轮不包括列混淆(MixColumns)步骤,而是只执行字节替代(SubBytes)、行移位(ShiftRows)和轮密钥加(AddRoundKey)三个步骤。这样做是为了防止攻击者利用列混淆后的模式特征进行分析。
```c
// AES 加密的一个简单伪代码示例
void aes_encrypt(uint8_t *state, uint8_t *round_keys) {
add_round_key(state, round_keys); // 初始加法轮
for (int round = 0; round < NUM_ROUNDS - 1; ++round) {
sub_bytes(state);
shift_rows(state);
mix_columns(state);
add_round_key(state, &round_keys[round * BLOCK_SIZE]);
}
// 最终轮
sub_bytes(state);
shift_rows(state);
add_round_key(state, &round_keys[(NUM_ROUNDS - 1) * BLOCK_SIZE]);
}
```
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