AES小结

aes的结构：

　　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：
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。

aes步骤

初始变换

一个明文块16k 转变成 4 X 4（16进制）的矩阵，与子密钥生成的初始矩阵4 X 4（16进制），做一个异或。

扩展轮密钥：

由于后续要做10轮加密操作，每轮都要使用一个4X4的矩阵。那么单单一个子密钥生成的4X4的矩阵自然是不够的，所以需要对密钥做扩展。也就是把4X4字节的子密钥 ——> 4X43轮密钥，从4列扩展为44列（这里需要注意的是: 初始变换已经用了第0列到第三列,所以10轮加密从第4列开始取）

比如第i轮(i ∈ [1，10])加密，使用第4i到 4i + 3列的数据作为子密钥矩阵。第1轮，使用第4列，到第4 + 3列，最后一轮使用第40列，到43列作为密钥矩阵。

生成规则

假设i是我们要生成的扩展子密钥列数，如果 i 为四的倍数，那么该列：Wi = Wi-4 ⊕ T（Wi-1）
其中T函数表示三个操作：

字循环

将Wi-1列赋值到 Wi上，列[b0, b1, b2 ,b3]更改为 [b1 , b2 , b3 , b0]（注意，这里是列，应该是竖起来的，我这里为了方便所以是横的）

字节代换

使用S盒代换，与下面的S_Box一致

轮常量异或

与同轮（第一轮和常量矩阵第一列 第二轮和常量矩阵第二列），给定的矩阵进行同列⊕。可以看出每列对应的i为：4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

AddRoundKey(轮密钥加)

把输入和对应轮数的子密钥进行异或操作。

SubBytes(字节替换)：

矩阵中的各字节通过一定的变换与S_BOX 中的对应元素进行替换。

字节替换的实现

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。

字节变换逆操作

逆字节代换也就是查逆S盒来变换，逆S盒如下：

ShiftRows（行移位）

将矩阵按如下规则进行移位操作 第0行移0位，第1行移1位，第2行移2位，第3行移3位。如图：

 行移位的逆操作：

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。

MixColumns(列混合)

把输入的每列看做一个向量，然后与一个固定的矩阵在GF(2^8)扩展域上相乘。  这个固定矩阵是由给定的一个向量，这个向量通过逐位变换得到这个矩阵。

 列混合的逆操作

将上述矩阵求逆即可，即逆矩阵。