AES 3

梦里梦外; 2022-10-30 11:26 87阅读 0赞

**一 什么是Rijndael**

Rijndael是由比利时密码学家设计的分组密码算法，于2000年被选为新一代的标准密码算法——AES。今后会有越来越多的密码软件支持这种算法。

Rijndael的分组长度和密钥长度可以分别以32比特为单位在128比特和256比特的范围内进行选择。不过在AES的规格中，分组长度固定为128比特，密钥长度只有128、192和256比特三种。

**二 Rijndael的加密和解密**

Rijndael算法也是由多轮构成的，其中每一轮分为SubBytes、ShiftRows、MixColumns和AddRoundKey4个步骤。它使用的是SPN结构。

1 SubBytes

Rijndael的输入分组为128比特，也就是16个字节。首先，需要逐个字节对16字节的输入数据进行SubBytes处理。所谓SubBytes处理，就是以每个字节的值（0-255的任意值）为索引，从一张拥有256个值的替换表中查找出对应值的处理。也就是说，将一个字节的值替换成另外一个字节的值。用图表示如下：

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2 ShiftRows

以4个字节为单位的行（row）按照一定的规则向左平移，且每一行平移的字节数是不同的。下图是对其中一行进行处理的情形。

![70 1][]

3 MixColumns

对一个4字节的值进行矩阵运算，将其变为另外一个4字节值，下图是对其中一列进行处理的情形：

![70 2][]

4 AddRoundKey

对MixColumns的输出与轮密钥进行XOR，即进行AddRoundKey处理，下图展示了对1个字节进行处理的情形。

到此1轮迭代就结束了。实际上，在Rijndael中需要重复10到14轮计算。

![70 3][]

Rijndael的加密过程，每一轮进行的处理为：

SubBytes->ShiftRows->MixColumns->AddRoundKey

Rijndael的解密过程，顺序相关：

AddRoundKey-> InvMixColumns-> InvShiftRows ->InvSubBytes

其中AddRoundKey是与轮密钥进行XOR运算，这一步在加密和解密时完全相同的。

其他三个步骤见下面三张图：

InvMixColumns：

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InvShiftRows ：

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InvSubBytes：

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**三 Rijndael的破译**

对Rijndael来说，每一步都是用数学公式来表达的，这是以前任何密码算法都不具备的性质。如果Rijndael的公式能够通过数学运算来求解，那就意味Rijndael能够通过数学方法进行破译，而这也就为新的攻击方式的产生提供了可能。

不过这还是一种假设，实际上，到现在还没出现针对Rijndael的有效攻击。

**四 应该使用哪种对称密码算法**

针对DES、3DES和AES对称密钥，到底选哪一种？

首先DES、3DES已经不安全了，不会再应用到任何新的用途。

现在大家应该使用AES（Rijndael），因为它快速、安全，并且能够在各种平台上工作。此外，全世界密码学家都在对AES进行不断的验证，因此即便万一发现它有什么缺陷，也会立刻告知全世界并修改这些缺陷。

AES最终候选算法应该可以作为AES的备份。和Rijndael一样，这些密码算法也都经过了严格的测试，且没发现任何的弱点。但NIST最终还是只选择了Rijndael作为标准，并没有官方认可作为最终的备份来使用。

一般来说，我们不应该使用任何自制的密码算法，而应该使用AES。因为AES在其选定过程中，经过了全世界密码学家所进行的高品质的验证工作，而对于自制的密码算法很难进行这样的验证。

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