AES密码算法--教学.ppt

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复习提问1.DES加密算法的轮结构是怎么实现的1DES加密算法的轮结构是怎么实现的23.6AES算法说明AES是一个迭代型分组密码，其分组长度和密钥长度都可变，各自可以独立地指定为128比特、192比特、256比特。

31.轮函数AES的轮函数由4个不同的计算部件组成，分别是：

字节代换（ByteSub）、行移位（ShiftRow）、列混合（MixColumn）、密钥加（AddRoundKey）。

45一轮函数结构图6

（1）字节代换（ByteSub）字节代换是非线形变换，独立地对状态的每个字节进行。

代换表（即S-盒）是可逆的，由以下两个变换的合成得到：

首先，将字节看作GF（28）上的元素，映射到自己的乘法逆元，00映射到自己。

其次，对字节做如下的（GF

（2）上的，可逆的）仿射变换：

78上述S-盒对状态的所有字节所做的变换记为ByteSub（State）字节代换示意图91011输入state数组和输出in0In4In8In12In1In5In9In13In2In6In10In14In3In7in11In15S0.0S0.1S0.2S0.3S1.0S1.1S1.2S1.3S2.0S2.1S2.2S2.3S3.0S3.1S3.2S3.3EA04658583455D965C3398B0F02DADC587F24D97EC6E4C904AC346E78CD895A6S盒12state数组由S盒变换输出13

（2）行移位（ShiftRow）1415行移位变换87F24D97EC6E4C904AC346E78CD895A687F24D976E4C90EC64E7A4C3A68CD89516（3）列混合（MixColumn）在列混合变换中，将状态阵列的每个列视为GF（28）上的多项式，再与一个固定的多项式c（x）进行模x4+1乘法。

c（x）是模x4+1可逆的多项式，否则列混合变换就是不可逆的，因而会使不同的输入分组对应的输出分组可能相同。

AES的设计者给出的c（x）为（系数用十六进制数表示）：

c（x）=03x3+01x2+01x+0217c（x）是与x4+1互素的，因此是模x4+1可逆的。

列混合运算也可写为矩阵乘法。

设b（x）=c（x）a（x），则18这个运算需要做GF（28）上的乘法，但由于所乘的因子是3个固定的元素02、03、01，MixColumn（State）列混合运算示意图列混合运算示意图19列混合运算的逆运算是类似的，即每列都用一个特定的多项式d（x）相乘。

d（x）满足（03x3+01x2+01x+02）d（x）=01由此可得d（x）=0Bx3+0Dx2+09x+0E20（4）密钥加（AddRoundKey）密钥加是将轮密钥简单地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，轮密钥长度等于分组长度Nb。

状态State与轮密钥RoundKey的密钥加运算表示为AddRoundKey（State,RoundKey）密钥加运算的逆运算是其自身。

21密钥加运算示意图22235.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：

轮密钥的比特数等于分组长度乘以轮数加1；种子密钥被扩展成为扩展密钥；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Nb个字，第2轮轮密钥取接下来的Nb个字，如此下去。

24密钥扩展K15K11K7K3K14K10K6K2K13K9K5K1K12K8K4K0W3w2w1w0w7w6w5w4g25密钥扩展的计算第八轮密钥EAD27321（32）B58DBAD2（33）312BF560（34）7F8D292F（35）字循环：

使一个字的中的四个字节循环左移一个字节W35=temp=7F8D292FRotWord后7F8D292F盒对输入的每个字节进行代换SubWord=5DA515D27F经过s盒的代换得到5D3.第步的结果SubWord=5DA515D2与轮常量进行Rcon95DA515D2=1B0000005DA515D2=46A515D226常量是一个字，最右边三个字节总是为RCONJ=（RCJ,0,0,0）J12345678910RCJ01020408102040801B36I（十进制）tempRubWord后Rcon（9）367F8D292F8D292F7F5DA515D2Rcon（9）与与Rcon进行进行XOR后后WI-4WI=tempwi-41B00000046A515D2EAD27321AC7766F327G=46A515D2W36=GW32=46A515D2EAD27321=AC7766F3W37=W33W36W38=W34W37W39=W35W3828小结综上所述，组成Rijndael轮函数的计算部件简捷快速，功能互补。

Round（State,RoundKey）ByteSub（State）;ShiftRow（State）;MixColumn（State）;AddRoundKey（State,RoundKey）29305.4若明文是000102030405060708090A0B0C0D0E0F,密钥是01010101010101010101010101010101a.用4*4的矩阵来描述State的最初内容.b.给出初始化轮密钥加后State的值.c.给出字节代换后State的值.d,给出行移位后State的值.e.给出列混淆后State的值.f.给出第一轮密钥加后State的值.习题31