基于AES的软件加密解密的设计与实现

唐高阳 孙世坤

（1.沈阳理工大学理学院，辽宁 沈阳 110168；2.朝阳县蒙古族中学，辽宁 朝阳 122000）

1 AES 算法基本原理

AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)是一个对称分组算法，用来取代DES 算法，从而成为使用广泛的新标准。选用Rijndael 算法来作为AES，Rijndael 是比利时的两位密码学家Daemen和Rijmen 共同设计的。Rijndael 算法是具有分组长度和密钥长度均可变的分组算法。密钥长度和分组长度可以独立地指定为128 位、192位或是256 位。

Feistel 结构是数据分组中的一半被用来修改数据分组中另外一半，然后交换这两部分，AES 算法不是Feistel 结构的算法。AES 定义了一个S 盒，它是由16×16个字节组成的矩阵，包含了8 位值所能表达的256 种可能的变换。

1.1 字节代换

AES 中输入分组是用以字节为单位的正方形矩阵来描述的，该分组被复制到State 数组，这个数组在加密或解密的每个阶段都会被改变，运算完最后的轮密钥加变换后，State 被复制到输出矩阵中。字节代换是一个简单的查表操作，用State 数组中的每个字节的高4 位作为行值，低4 位作为列值，然后取S 盒中对应行列的元素作为输出，最后把State 数组的该字节用输出的这个元素替换。例如，十六进制值19，所对应的S 盒的行值是1，列值是9，S 盒中在此位置的值是D4，然后用D4 替换19。

1.2 行位移

行位移是这样来实现的，State 的第一行保持不变，第二行循环左移1个字节，第三行循环左移2个字节，第四行循环左移3个字节。

1.3 列混淆

列混淆是对每列独立地进行操作。列混淆变换是这样进行的，把经行位移变换操作后的State 数组的一列取出来，然后与一个4×4 的矩阵进行与操作，把得到的结果覆盖取出来的那一列，依次类推，处理完4 列以后就完成了列混淆变换。

1.4 轮密钥加

轮密钥加变换就是把经过列混淆得到的State 与密钥进行异或运算，也就是State 的第1 列与密钥的第1 列进行异或运算，运算结果替换State 的第1 列，后面的几列以此方法类推。

2 实现过程

2.1 定义类CASE 作为AES 算法的实现类

2.2 在CAES 类中实现SetKeys 方法，该方法用于指定密钥及轮密钥加运算的次数

2.3 在CASE 类中实现SubBytes 方法，该方法用于单字节代替变换操作

2.4 GfCalc 方法用来计算单字节的乖加计算，并根据不同的计算模式进行不同的计算

3 运行结果

图1

4 结束语

在商业企业的计算机中往往存在大量的机密文件，这些机密文件对企业的发展将会产生不可估量的作用。如果这些机密文件保管不善，将会使企业遭受巨大的损失。AES 是一个新的可以用于保护电子数据并被广泛使用的加密算法。

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