AES加密算法的原理详解与实现分析
(编辑：jimmy 日期: 2024/12/27 浏览：3 次 )
AES简介
高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)为最常见的对称加密算法(微信小程序加密传输就是用这个加密算法的)。对称加密算法也就是加密和解密用相同的密钥，具体的加密流程如下图：
密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。
这个标准用来替代原先的DES（Data Encryption Standard），已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院 （NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一 。
该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijdael之名命之，投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijdael的发音近于 "Rhine doll"。）
下面简单介绍下各个部分的作用与意义：
- 明文P
没有经过加密的数据。
- 密钥K
用来加密明文的密码，在对称加密算法中，加密与解密的密钥是相同的。密钥为接收方与发送方协商产生，但不可以直接在网络上传输，否则会导致密钥泄漏，通常是通过非对称加密算法加密密钥，然后再通过网络传输给对方，或者直接面对面商量密钥。密钥是绝对不可以泄漏的，否则会被攻击者还原密文，窃取机密数据。
- AES加密函数
设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明文，K为密钥，C为密文。也就是说，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C。
- 密文C
经加密函数处理后的数据
- AES解密函数
设AES解密函数为D，则 P = D(K, C),其中C为密文，K为密钥，P为明文。也就是说，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P。
在这里简单介绍下对称加密算法与非对称加密算法的区别。
- 对称加密算法
加密和解密用到的密钥是相同的，这种加密方式加密速度非常快，适合经常发送数据的场合。缺点是密钥的传输比较麻烦。
- 非对称加密算法
加密和解密用的密钥是不同的，这种加密方式是用数学上的难解问题构造的，通常加密解密的速度比较慢，适合偶尔发送数据的场合。优点是密钥传输方便。常见的非对称加密算法为RSA、ECC和EIGamal。
实际中，一般是通过RSA加密AES的密钥，传输到接收方，接收方解密得到AES密钥，然后发送方和接收方用AES密钥来通信。
本文下面AES原理的介绍参考自《现代密码学教程》，AES的实现在介绍完原理后开始。
AES的基本结构
AES为分组密码，分组密码也就是把明文分成一组一组的，每组长度相等，每次加密一组数据，直到加密完整个明文。在AES标准规范中，分组长度只能是128位，也就是说，每个分组为16个字节（每个字节8位）。密钥的长度可以使用128位、192位或256位。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，如下表所示：
轮数在下面介绍，这里实现的是AES-128，也就是密钥的长度为128位，加密轮数为10轮。
上面说到，AES的加密公式为C = E(K,P)，在加密函数E中，会执行一个轮函数，并且执行10次这个轮函数，这个轮函数的前9次执行的操作是一样的，只有第10次有所不同。也就是说，一个明文分组会被加密10轮。AES的核心就是实现一轮中的所有操作。
AES的处理单位是字节，128位的输入明文分组P和输入密钥K都被分成16个字节，分别记为P = P0 P1 … P15 和 K = K0 K1 … K15。如，明文分组为P = abcdefghijklmnop,其中的字符a对应P0，p对应P15。一般地，明文分组用字节为单位的正方形矩阵描述，称为状态矩阵。在算法的每一轮中，状态矩阵的内容不断发生变化，最后的结果作为密文输出。该矩阵中字节的排列顺序为从上到下、从左至右依次排列，如下图所示：
现在假设明文分组P为"abcdefghijklmnop"，则对应上面生成的状态矩阵图如下：
上图中，0x61为字符a的十六进制表示。可以看到，明文经过AES加密后，已经面目全非。
类似地，128位密钥也是用字节为单位的矩阵表示，矩阵的每一列被称为1个32位比特字。通过密钥编排函数该密钥矩阵被扩展成一个44个字组成的序列W[0],W[1], … ,W[43],该序列的前4个元素W[0],W[1],W[2],W[3]是原始密钥，用于加密运算中的初始密钥加（下面介绍）;后面40个字分为10组，每组4个字（128比特）分别用于10轮加密运算中的轮密钥加，如下图所示：
上图中，设K = “abcdefghijklmnop”，则K0 = a, K15 = p, W[0] = K0 K1 K2 K3 = “abcd”。
AES的整体结构如下图所示，其中的W[0,3]是指W[0]、W[1]、W[2]和W[3]串联组成的128位密钥。加密的第1轮到第9轮的轮函数一样，包括4个操作：字节代换、行位移、列混合和轮密钥加。最后一轮迭代不执行列混合。另外，在第一轮迭代之前，先将明文和原始密钥进行一次异或加密操作。
上图也展示了AES解密过程，解密过程仍为10轮，每一轮的操作是加密操作的逆操作。由于AES的4个轮操作都是可逆的，因此，解密操作的一轮就是顺序执行逆行移位、逆字节代换、轮密钥加和逆列混合。同加密操作类似，最后一轮不执行逆列混合，在第1轮解密之前，要执行1次密钥加操作。
下面分别介绍AES中一轮的4个操作阶段，这4分操作阶段使输入位得到充分的混淆。
一、字节代换
1.字节代换操作
AES的字节代换其实就是一个简单的查表操作。AES定义了一个S盒和一个逆S盒。
AES的S盒：
状态矩阵中的元素按照下面的方式映射为一个新的字节：把该字节的高4位作为行值，低4位作为列值，取出S盒或者逆S盒中对应的行的元素作为输出。例如，加密时，输出的字节S1为0x12,则查S盒的第0x01行和0x02列，得到值0xc9,然后替换S1原有的0x12为0xc9。状态矩阵经字节代换后的图如下：
2.字节代换逆操作
逆字节代换也就是查逆S盒来变换，逆S盒如下：
二、行移位
1.行移位操作
行移位是一个简单的左循环移位操作。当密钥长度为128比特时，状态矩阵的第0行左移0字节，第1行左移1字节，第2行左移2字节，第3行左移3字节，如下图所示：
2.行移位的逆变换
行移位的逆变换是将状态矩阵中的每一行执行相反的移位操作，例如AES-128中，状态矩阵的第0行右移0字节，第1行右移1字节，第2行右移2字节，第3行右移3字节。
三、列混合
1.列混合操作
列混合变换是通过矩阵相乘来实现的，经行移位后的状态矩阵与固定的矩阵相乘，得到混淆后的状态矩阵，如下图的公式所示：
状态矩阵中的第j列(0 ≤j≤3)的列混合可以表示为下图所示：
其中，矩阵元素的乘法和加法都是定义在基于GF(2^8)上的二元运算,并不是通常意义上的乘法和加法。这里涉及到一些信息安全上的数学知识，不过不懂这些知识也行。其实这种二元运算的加法等价于两个字节的异或，乘法则复杂一点。对于一个8位的二进制数来说，使用域上的乘法乘以(00000010)等价于左移1位(低位补0)后，再根据情况同(00011011)进行异或运算，设S1 = (a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0)，刚0x02 * S1如下图所示：
也就是说，如果a7为1，则进行异或运算，否则不进行。
类似地，乘以(00000100)可以拆分成两次乘以(00000010)的运算：
乘以(0000 0011)可以拆分成先分别乘以(0000 0001)和(0000 0010)，再将两个乘积异或：
因此，我们只需要实现乘以2的函数，其他数值的乘法都可以通过组合来实现。
下面举个具体的例子,输入的状态矩阵如下：
下面，进行列混合运算：
以第一列的运算为例：
其它列的计算就不列举了，列混合后生成的新状态矩阵如下：
2.列混合逆运算
逆向列混合变换可由下图的矩阵乘法定义：
可以验证，逆变换矩阵同正变换矩阵的乘积恰好为单位矩阵。
四、轮密钥加
轮密钥加是将128位轮密钥Ki同状态矩阵中的数据进行逐位异或操作，如下图所示。其中，密钥Ki中每个字W[4i],W[4i+1],W[4i+2],W[4i+3]为32位比特字，包含4个字节，他们的生成算法下面在下面介绍。轮密钥加过程可以看成是字逐位异或的结果，也可以看成字节级别或者位级别的操作。也就是说，可以看成S0 S1 S2 S3 组成的32位字与W[4i]的异或运算。
轮密钥加的逆运算同正向的轮密钥加运算完全一致，这是因为异或的逆操作是其自身。轮密钥加非常简单，但却能够影响S数组中的每一位。
密钥扩展
AES首先将初始密钥输入到一个44的状态矩阵中，如下图所示。
这个44矩阵的每一列的4个字节组成一个字，矩阵4列的4个字依次命名为W[0]、W[1]、W[2]和W[3]，它们构成一个以字为单位的数组W。例如，设密钥K为"abcdefghijklmnop",则K0 = ‘a',K1 = ‘b', K2 = ‘c',K3 = ‘d',W[0] = “abcd”。
接着，对W数组扩充40个新列，构成总共44列的扩展密钥数组。新列以如下的递归方式产生：
1.如果i不是4的倍数，那么第i列由如下等式确定：
W[i]=W[i-4]"" width="510" height="1092" src="/UploadFiles/2021-04-02/20200817174334.jpg">
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算法实现
AES加密函数预览
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);
}
}
1.密钥扩展的实现
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。
//密钥对应的扩展数组
static int w[44];
/**
* 扩展密钥，结果是把w[44]中的每个元素初始化
*/
static void extendKey(char *key) {
for(int i = 0; i < 4; i++)
w[i] = getWordFromStr(key + i * 4);
for(int i = 4, j = 0; i < 44; i++) {
if( i % 4 == 0) {
w[i] = w[i - 4] ^ T(w[i - 1], j);
j++;//下一轮
}else {
w[i] = w[i - 4] ^ w[i - 1];
}
}
}
下面是T()函数的代码实现，T()函数中接收两个参数，参数num为上面传进的W[i - 1]，round为加密的轮数。首先用一个numArray储存从32位的W[i-1]中取得4个字节。如果W[i-1]为0x12ABCDEF,那么numArray[0] = 0x12,numArray[1] = 0xAB。函数splitIntToArray()用于从32位整数中读取这四个字节，之所以这样做是因为整数数组比较容易操作。然后调用leftLoop4int()函数把numArray数组中的4个元素循环左移1位。然后执行字节代换，通过getNumFromSBox()函数来获取S盒中相应的值来替换numArray中的值。接着通过mergeArrayToInt()函数把字节代换后的numArray合并回32位的整数，在进行轮常量异或后返回。
/**
* 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];
}
2. 字节代换的实现
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]);
}
3.行移位的实现
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 "ex" src="/UploadFiles/2021-04-02/aHR0cDovL2ltZy5ibG9nLmNzZG4ubmV0LzIwMTcwMjIwMTczMDE5MzY2">
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]);
}
}
5.轮密钥加的实现
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解密函数
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。
/**
* 参数 c: 密文的字符串数组。
* 参数 clen: 密文的长度。
* 参数 key: 密钥的字符串数组。
*/
void deAes(char *c, int clen, char *key) {
int keylen = strlen(key);
if(clen == 0 || clen % 16 != 0) {
printf("密文字符长度必须为16的倍数！现在的长度为%d\n",clen);
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 cArray[4][4];
for(int k = 0; k < clen; k += 16) {
convertToIntArray(c + k, cArray);
addRoundKey(cArray, 10);
int wArray[4][4];
for(int i = 9; i >= 1; i--) {
deSubBytes(cArray);
deShiftRows(cArray);
deMixColumns(cArray);
getArrayFrom4W(i, wArray);
deMixColumns(wArray);
addRoundTowArray(cArray, wArray);
}
deSubBytes(cArray);
deShiftRows(cArray);
addRoundKey(cArray, 0);
convertArrayToStr(cArray, c + k);
}
}
完整的程序代码
Linux版本
aes.h
#ifndef AES_H
#define AES_H
/**
* 参数 p: 明文的字符串数组。
* 参数 plen: 明文的长度,长度必须为16的倍数。
* 参数 key: 密钥的字符串数组。
*/
void aes(char *p, int plen, char *key);
/**
* 参数 c: 密文的字符串数组。
* 参数 clen: 密文的长度,长度必须为16的倍数。
* 参数 key: 密钥的字符串数组。
*/
void deAes(char *c, int clen, char *key);
#endif
aes.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "aes.h"
/**
* S盒
*/
static const int S[16][16] = { 0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,
0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,
0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,
0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,
0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,
0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,
0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,
0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,
0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,
0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,
0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16 };
/**
* 逆S盒
*/
static const int S2[16][16] = { 0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,
0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb,
0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e,
0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,
0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92,
0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84,
0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,
0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b,
0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73,
0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,
0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b,
0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4,
0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,
0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef,
0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d };
/**
* 获取整形数据的低8位的左4个位
*/
static int getLeft4Bit(int num) {
int left = num & 0x000000f0;
return left 4;
}
/**
* 获取整形数据的低8位的右4个位
*/
static int getRight4Bit(int num) {
return num & 0x0000000f;
}
/**
* 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];
}
/**
* 把一个字符转变成整型
*/
static int getIntFromChar(char c) {
int result = (int) c;
return result & 0x000000ff;
}
/**
* 把16个字符转变成4X4的数组，
* 该矩阵中字节的排列顺序为从上到下，
* 从左到右依次排列。
*/
static void convertToIntArray(char *str, int pa[4][4]) {
int k = 0;
for(int i = 0; i < 4; i++)
for(int j = 0; j < 4; j++) {
pa[j][i] = getIntFromChar(str[k]);
k++;
}
}
/**
* 打印4X4的数组
*/
static void printArray(int a[4][4]) {
for(int i = 0; i < 4; i++){
for(int j = 0; j < 4; j++)
printf("a[%d][%d] = 0x%x ", i, j, a[i][j]);
printf("\n");
}
printf("\n");
}
/**
* 打印字符串的ASSCI，
* 以十六进制显示。
*/
static void printASSCI(char *str, int len) {
for(int i = 0; i < len; i++)
printf("0x%x ", getIntFromChar(str[i]));
printf("\n");
}
/**
* 把连续的4个字符合并成一个4字节的整型
*/
static int getWordFromStr(char *str) {
int one = getIntFromChar(str[0]);
one = one << 24;
int two = getIntFromChar(str[1]);
two = two << 16;
int three = getIntFromChar(str[2]);
three = three << 8;
int four = getIntFromChar(str[3]);
return one | two | three | four;
}
/**
* 把一个4字节的数的第一、二、三、四个字节取出，
* 入进一个4个元素的整型数组里面。
*/
static void splitIntToArray(int num, int array[4]) {
int one = num 24;
array[0] = one & 0x000000ff;
int two = num 16;
array[1] = two & 0x000000ff;
int three = num 8;
array[2] = three & 0x000000ff;
array[3] = num & 0x000000ff;
}
/**
* 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 "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);
}
}
/**
* 根据索引从逆S盒中获取值
*/
static int getNumFromS1Box(int index) {
int row = getLeft4Bit(index);
int col = getRight4Bit(index);
return S2[row][col];
}
/**
* 逆字节变换
*/
static void deSubBytes(int array[4][4]) {
for(int i = 0; i < 4; i++)
for(int j = 0; j < 4; j++)
array[i][j] = getNumFromS1Box(array[i][j]);
}
/**
* 把4个元素的数组循环右移step位
*/
static void rightLoop4int(int array[4], int step) {
int temp[4];
for(int i = 0; i < 4; i++)
temp[i] = array[i];
int index = step % 4 == 0 "密文字符长度必须为16的倍数！现在的长度为%d\n",clen);
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 cArray[4][4];
for(int k = 0; k < clen; k += 16) {
convertToIntArray(c + k, cArray);
addRoundKey(cArray, 10);
int wArray[4][4];
for(int i = 9; i >= 1; i--) {
deSubBytes(cArray);
deShiftRows(cArray);
deMixColumns(cArray);
getArrayFrom4W(i, wArray);
deMixColumns(wArray);
addRoundTowArray(cArray, wArray);
}
deSubBytes(cArray);
deShiftRows(cArray);
addRoundKey(cArray, 0);
convertArrayToStr(cArray, c + k);
}
}
main.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "aes.h"
#define MAXLEN 1024
void getString(char *str, int len){
int slen = read(0, str, len);
for(int i = 0; i < slen; i++,str++){
if(*str == '\n'){
*str = '\0';
break;
}
}
}
void printASCCI(char *str, int len) {
int c;
for(int i = 0; i < len; i++) {
c = (int)*str++;
c = c & 0x000000ff;
printf("0x%x ", c);
}
printf("\n");
}
/**
* 从标准输入中读取用户输入的字符串
*/
void readPlainText(char *str, int *len) {
int plen;
while(1) {
getString(str, MAXLEN);
plen = strlen(str);
if(plen != 0 && plen % 16 == 0) {
printf("你输入的明文为：%s\n", str);
break;
}else{
printf("明文字符长度必须为16的倍数,现在的长度为%d\n", plen);
}
}
*len = plen;
}
/**
* 把字符串写进文件
*/
void writeStrToFile(char *str, int len, char *fileName) {
FILE *fp;
fp = fopen(fileName, "wb");
for(int i = 0; i < len; i++)
putc(str[i], fp);
fclose(fp);
}
void aesStrToFile(char *key) {
char p[MAXLEN];
int plen;
printf("请输入你的明文，明文字符长度必须为16的倍数\n");
readPlainText(p,&plen);
printf("进行AES加密..................\n");
aes(p, plen, key);//AES加密
printf("加密完后的明文的ASCCI为：\n");
printASCCI(p, plen);
char fileName[64];
printf("请输入你想要写进的文件名，比如'test.txt':\n");
if(scanf("%s", fileName) == 1) {
writeStrToFile(p, plen, fileName);
printf("已经将密文写进%s中了,可以在运行该程序的当前目录中找到它。\n", fileName);
}
}
/**
* 从文件中读取字符串
*/
int readStrFromFile(char *fileName, char *str) {
FILE *fp = fopen(fileName, "rb");
if(fp == NULL) {
printf("打开文件出错，请确认文件存在当前目录下！\n");
exit(0);
}
int i;
for(i = 0; i < MAXLEN && (str[i] = getc(fp)) != EOF; i++);
if(i >= MAXLEN) {
printf("解密文件过大！\n");
exit(0);
}
str[i] = '\0';
fclose(fp);
return i;
}
void deAesFile(char *key) {
char fileName[64];
char c[MAXLEN];//密文字符串
printf("请输入要解密的文件名，该文件必须和本程序在同一个目录\n");
if(scanf("%s", fileName) == 1) {
int clen = readStrFromFile(fileName, c);
printf("开始解密.........\n");
deAes(c, clen, key);
printf("解密后的明文ASCII为：\n");
printASCCI(c, clen);
printf("明文为：%s\n", c);
writeStrToFile(c,clen,fileName);
printf("现在可以打开%s来查看解密后的密文了！\n",fileName);
}
}
void aesFile(char *key) {
char fileName[64];
char fileP[MAXLEN];
printf("请输入要加密的文件名，该文件必须和本程序在同一个目录\n");
if(scanf("%s", fileName) == 1) {
readStrFromFile(fileName, fileP);
int plen = strlen(fileP);
printf("开始加密.........\n");
printf("加密前文件中字符的ASCII为：\n");
printASCCI(fileP, plen);
aes(fileP, plen, key);//开始加密
printf("加密后的密文ASCII为：\n");
printASCCI(fileP, plen);
writeStrToFile(fileP,plen,fileName);
printf("已经将加密后的密文写进%s中了\n",fileName);
}
}
int main(int argc, char const *argv[]) {
char key[17];
printf("请输入16个字符的密钥：\n");
int klen;
while(1){
getString(key,17);
klen = strlen(key);
if(klen != 16){
printf("请输入16个字符的密钥,当前密钥的长度为%d\n",klen);
}else{
printf("你输入的密钥为：%s\n",key);
break;
}
}
printf("输入's'表示要加密输入的字符串,并将加密后的内容写入到文件\n");
printf("请输入要功能选项并按回车，输入'f'表示要加密文件\n");
printf("输入'p'表示要解密文件\n");
char c;
if(scanf("%s",&c) == 1) {
if(c == 's')
aesStrToFile(key);//用AES加密字符串，并将字符串写进文件中
else if(c == 'p')
deAesFile(key);//把文件中的密文解密，并写回文件中
else if(c == 'f')//用AES加密文件
aesFile(key);
}
return 0;
}
通过下面的gcc命令来编译运行：
gcc -o aes aes.c main.c
VC6.0版本
由于VC6.0的编译器比较坑，要先声明，后使用变量，故要对代码进行相应的修改。
aes.h
#ifndef MY_AES_H
#define MY_AES_H
/**
* 参数 p: 明文的字符串数组。
* 参数 plen: 明文的长度,长度必须为16的倍数。
* 参数 key: 密钥的字符串数组。
*/
void aes(char *p, int plen, char *key);
/**
* 参数 c: 密文的字符串数组。
* 参数 clen: 密文的长度,长度必须为16的倍数。
* 参数 key: 密钥的字符串数组。
*/
void deAes(char *c, int clen, char *key);
#endif
aes.cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "aes.h"
/**
* S盒
*/
static const int S[16][16] = { 0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,
0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,
0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,
0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,
0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,
0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,
0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,
0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,
0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,
0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,
0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16 };
/**
* 逆S盒
*/
static const int S2[16][16] = { 0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,
0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb,
0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e,
0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,
0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92,
0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84,
0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,
0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b,
0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73,
0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,
0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b,
0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4,
0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,
0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef,
0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d };
/**
* 获取整形数据的低8位的左4个位
*/
static int getLeft4Bit(int num) {
int left = num & 0x000000f0;
return left 4;
}
/**
* 获取整形数据的低8位的右4个位
*/
static int getRight4Bit(int num) {
return num & 0x0000000f;
}
/**
* 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];
}
/**
* 把一个字符转变成整型
*/
static int getIntFromChar(char c) {
int result = (int) c;
return result & 0x000000ff;
}
/**
* 把16个字符转变成4X4的数组，
* 该矩阵中字节的排列顺序为从上到下，
* 从左到右依次排列。
*/
static void convertToIntArray(char *str, int pa[4][4]) {
int k = 0;
int i,j;
for(i = 0; i < 4; i++)
for(j = 0; j < 4; j++) {
pa[j][i] = getIntFromChar(str[k]);
k++;
}
}
/**
* 打印4X4的数组
*/
static void printArray(int a[4][4]) {
int i,j;
for(i = 0; i < 4; i++){
for(j = 0; j < 4; j++)
printf("a[%d][%d] = 0x%x ", i, j, a[i][j]);
printf("\n");
}
printf("\n");
}
/**
* 打印字符串的ASSCI，
* 以十六进制显示。
*/
static void printASSCI(char *str, int len) {
int i;
for(i = 0; i < len; i++)
printf("0x%x ", getIntFromChar(str[i]));
printf("\n");
}
/**
* 把连续的4个字符合并成一个4字节的整型
*/
static int getWordFromStr(char *str) {
int one, two, three, four;
one = getIntFromChar(str[0]);
one = one << 24;
two = getIntFromChar(str[1]);
two = two << 16;
three = getIntFromChar(str[2]);
three = three << 8;
four = getIntFromChar(str[3]);
return one | two | three | four;
}
/**
* 把一个4字节的数的第一、二、三、四个字节取出，
* 入进一个4个元素的整型数组里面。
*/
static void splitIntToArray(int num, int array[4]) {
int one, two, three;
one = num 24;
array[0] = one & 0x000000ff;
two = num 16;
array[1] = two & 0x000000ff;
three = num 8;
array[2] = three & 0x000000ff;
array[3] = num & 0x000000ff;
}
/**
* 将数组中的元素循环左移step位
*/
static void leftLoop4int(int array[4], int step) {
int temp[4];
int i;
int index;
for(i = 0; i < 4; i++)
temp[i] = array[i];
index = step % 4 == 0 "w[%d] = 0x%x ", i, w[i]);
if(j % 4 == 0)
printf("\n");
}
printf("\n");
}
/**
* 扩展密钥，结果是把w[44]中的每个元素初始化
*/
static void extendKey(char *key) {
int i,j;
for(i = 0; i < 4; i++)
w[i] = getWordFromStr(key + i * 4);
for(i = 4, j = 0; i < 44; i++) {
if( i % 4 == 0) {
w[i] = w[i - 4] ^ T(w[i - 1], j);
j++;//下一轮
}else {
w[i] = w[i - 4] ^ w[i - 1];
}
}
}
/**
* 轮密钥加
*/
static void addRoundKey(int array[4][4], int round) {
int warray[4];
int i,j;
for(i = 0; i < 4; i++) {
splitIntToArray(w[ round * 4 + i], warray);
for(j = 0; j < 4; j++) {
array[j][i] = array[j][i] ^ warray[j];
}
}
}
/**
* 字节代换
*/
static void subBytes(int array[4][4]){
int i,j;
for(i = 0; i < 4; i++)
for(j = 0; j < 4; j++)
array[i][j] = getNumFromSBox(array[i][j]);
}
/**
* 行移位
*/
static void shiftRows(int array[4][4]) {
int rowTwo[4], rowThree[4], rowFour[4];
int i;
for(i = 0; i < 4; i++) {
rowTwo[i] = array[1][i];
rowThree[i] = array[2][i];
rowFour[i] = array[3][i];
}
leftLoop4int(rowTwo, 1);
leftLoop4int(rowThree, 2);
leftLoop4int(rowFour, 3);
for(i = 0; i < 4; i++) {
array[1][i] = rowTwo[i];
array[2][i] = rowThree[i];
array[3][i] = rowFour[i];
}
}
/**
* 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;
}
static int GFMul4(int s) {
return GFMul2(GFMul2(s));
}
static int GFMul8(int s) {
return GFMul2(GFMul4(s));
}
static int GFMul9(int s) {
return GFMul8(s) ^ s;
}
static int GFMul11(int s) {
return GFMul9(s) ^ GFMul2(s);
}
static int GFMul12(int s) {
return GFMul8(s) ^ GFMul4(s);
}
static int GFMul13(int s) {
return GFMul12(s) ^ s;
}
static int GFMul14(int s) {
return GFMul12(s) ^ GFMul2(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];
int i,j;
for(i = 0; i < 4; i++)
for(j = 0; j < 4; j++)
tempArray[i][j] = array[i][j];
for(i = 0; i < 4; i++)
for(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]);
}
}
/**
* 把4X4数组转回字符串
*/
static void convertArrayToStr(int array[4][4], char *str) {
int i,j;
for(i = 0; i < 4; i++)
for(j = 0; j < 4; j++)
*str++ = (char)array[j][i];
}
/**
* 检查密钥长度
*/
static int checkKeyLen(int len) {
if(len == 16)
return 1;
else
return 0;
}
/**
* 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);
int pArray[4][4];
int k,i;
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。当前长度为%d\n",keylen);
exit(0);
}
extendKey(key);//扩展密钥
for(k = 0; k < plen; k += 16) {
convertToIntArray(p + k, pArray);
addRoundKey(pArray, 0);//一开始的轮密钥加
for(i = 1; i < 10; i++){
subBytes(pArray);//字节代换
shiftRows(pArray);//行移位
mixColumns(pArray);//列混合
addRoundKey(pArray, i);
}
subBytes(pArray);//字节代换
shiftRows(pArray);//行移位
addRoundKey(pArray, 10);
convertArrayToStr(pArray, p + k);
}
}
/**
* 根据索引从逆S盒中获取值
*/
static int getNumFromS1Box(int index) {
int row = getLeft4Bit(index);
int col = getRight4Bit(index);
return S2[row][col];
}
/**
* 逆字节变换
*/
static void deSubBytes(int array[4][4]) {
int i,j;
for(i = 0; i < 4; i++)
for(j = 0; j < 4; j++)
array[i][j] = getNumFromS1Box(array[i][j]);
}
/**
* 把4个元素的数组循环右移step位
*/
static void rightLoop4int(int array[4], int step) {
int temp[4];
int i;
int index;
for(i = 0; i < 4; i++)
temp[i] = array[i];
index = step % 4 == 0 "密文字符长度必须为16的倍数！现在的长度为%d\n",clen);
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
for(k = 0; k < clen; k += 16) {
int i;
int wArray[4][4];
convertToIntArray(c + k, cArray);
addRoundKey(cArray, 10);
for(i = 9; i >= 1; i--) {
deSubBytes(cArray);
deShiftRows(cArray);
deMixColumns(cArray);
getArrayFrom4W(i, wArray);
deMixColumns(wArray);
addRoundTowArray(cArray, wArray);
}
deSubBytes(cArray);
deShiftRows(cArray);
addRoundKey(cArray, 0);
convertArrayToStr(cArray, c + k);
}
}
有不少初学者可能在使用AES实现的VC版本时，会出现没main函数的问题。其实直接导入VC编译是不行的，这里给出的只是头文件 aes.h 和实现的 aes.cpp 文件，需要通过include来包含使用，假设main函数所在的文件 main.cpp，并且与 aes.h 、 aes.cpp 文件在同一目录下，则需要像下面这样使用:
#include "aes.h"
// 其它头文件
int main(int argc, char const *argv[]) {
// 加密, 其中plain是明文字符数组， len是长度， key是密钥
aes(plain, len, key);
//解密，其中ciphertext是密文字符数组， len是长度， key是密钥
deAes(ciphertext, len, key);
}
很高兴这篇文章能给大家带来帮助，我现在主要做信息安全方面的工作。下面是我创建的公众号，会不定期分享一些信息安全方面的技术文章，欢迎关注~
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