算法简介
AES本质是一种对称分组密码体制，采用代替/置换网络。每轮由三层组成：线性混合层确保多轮之上的高度扩散，非线性层由16个S盒并置起到混淆的作用，秘钥加密层将子秘钥异或到中间状态。
AES加密数据块和秘钥长度可以是128比特，192比特，256比特，AES加密有很多轮的重复和变换。
大致步骤如下：
- 1、秘钥扩展（KeyExpansion）
- 2、初始化轮(Initial Round)
- 3、重复轮(Rounds)，每一轮又包括：SubBytes,ShiftRows,MixColumns,AddRoundKey
-
4、最终轮(Final Round)，最终轮没有MixColums)
AES的轮函数
字节代换 （SubBytes）
非线性代换，
独立地
对状态的
每个字节
进行，并且代换表(S盒)可逆，记为ByteSub(State),分两步：
-
（1）将字节作为GF(2
8
）上的元素映射到自己的逆元 -
（2）将字节做GF（2）上的放射变换，即 y=Ax
-1
+B，其中A是一个GF（2）上8☓8的可逆矩阵，B是GF（2）上一个8位列向量
AES的S盒
S盒的使用：输入8a，输出就是7e
逆字节代换
逆字节替代变换是字节替代变换的逆变换，在状态的每个字节上应用逆S盒
y=A
-1
(x-B)
输入7e，输出8a
上述S-盒对状态的
所有字节
所做的变换记为ByteSub (State)
行移位（ShiftRow）
将状态阵列的各行进行循环移位，不同行的移位量不同：
- 0行：不动
- 1行：循环左移C1字节
- 2行：循环左移C2字节
- 3行：循环左移C3字节
算法中间的结果也需要分组，称之为状态，状态可以用以字节为元素的矩阵阵列表示，该阵列有4行，列数N
b
为分组长度除32，可看成字节组成的一维数组。
N
b
=6的状态阵列
行移位示意图：
逆行移位
逆行移位变换是行移位变换的逆变换，它对状态的每一行进行循环右移
- 第0行保持不变
- 第1行循环右移C1个字节
- 第2行循环右移C2个字节
- 第3行循环右移C3个字节
列混淆(MixColumn)
将每列视为GF(2
8
)上多项式，与固定的多项式c(x)进行模x4+1乘法,要求c(x)模x4+1可逆。
列混淆运算也可写为矩阵乘法。
示意图：
轮密钥加（AddRoundKey）
轮密钥与状态进行逐比特异或。轮密钥由种子密钥通过密钥编排算法得到。轮密钥长度与分组长度相同
密钥编排
密钥编排指从种子密钥得到轮密钥的过程，它由密钥扩展和轮密钥选取两部分组成。其基本原则如下：
- （1）轮密钥的比特数等于分组长度乘以轮数加1；例如要将128比特的明文经过10轮的加密，则总共需要（10+1）*128=1408比特的密钥。
- （2）种子密钥被扩展成为扩展密钥；
-
（3）轮密钥从扩展密钥中取，其中第1轮轮密钥取扩展密钥的前N
b
个字，第2轮轮密钥取接下来的N
b
个字，如此下去。
密钥扩展
扩展密钥是以4字节字为元素的一维阵列，表示为W[Nb* (Nr+1)]，其中前Nk个字取为种子密钥，以后每个字按递归方式定义。扩展算法根据Nk≤6和Nk>6有所不同。
种子密钥：以字节为元素的矩阵阵列描述，阵列为4行，列数Nk为密钥长度除32
N
k
=4的情况：
N
k
<=6
轮密钥选取
轮密钥i（即第i 个轮密钥）由轮密钥缓冲字W[Nb* i]到W[Nb*(i+1)]给出，如图所示。
