AES
AES 总体结构
- 明文分组长度：16 字节（128 位）
- 密钥长度：16 字节，24 字节或 32 字节（128 位，192 位，256 位）
- 迭代轮数：10 轮，12 轮，14 轮（不同轮数对应不同的密钥长度）
AES 的数据结构
明文和密钥排列：按照字节组成字节矩阵，每个字节块按列排序。
图中展示了 128 位的密钥矩阵和扩展密钥，128 位（16 字节）的密钥被扩展成44 字长的密钥序列。一个字等于四个字节。
以 AES-128 为例
步骤描述：
-
该结构显然不是 Feistel 结构；
-
密钥扩展：输入的密钥被扩展成 44 个 32 位的字组成的数组 。有 4 个不同的字（128 位）作为该轮的轮密钥；
-
初始变换：开始第一轮之前先进行一轮轮密相加；
-
轮函数：每轮（除了最后一轮没有列混淆）都由四个阶段组成：
- 字节代换（代替）：使用 S 盒完成分组中的按字节代替。
- 行移位（置换）：简单的一行代替另一方。
- 列混淆（代替）：对列的每个字节做替换，是一个与本列全部字节相关的函数。
- 轮密钥加（代替）：利用当前分组和扩展密钥的一部分进行按位 XOR（异或）
-
加/解密流程一样（实质使用的函数不同），都是经过 9 轮四阶段迭代运算，然后经过一个三阶段第 10 轮的运算。
下面是完整的轮函数的结构：
- 算法的两端必须由轮密钥加担当，否则就有可能在不知道密钥的情况下就能够执行逆操作，故不能增加算法的安全性。
- 就轮密钥加本身来说是容易破译的，但是其他三个阶段提供位混乱的功能，经过多轮迭代，就显得很安全。
- 每个阶段均可逆。三个位混乱阶段都是可逆的。而轮密钥加操作的可逆性原理在于：
- 解密算法并非完全和加密算法对称，密钥的使用顺序也是逆序的，这是由于加密算法的结构决定的。
- 加/解密第 10 轮只有三阶段（字节代换、行移位、轮密钥加）。
AES 的变换函数
下面开始讨论 AES 单轮加密/解密过程中使用的函数基本原理。