AES初探

AES为分组密码，每次加密一组数据

使用不同长度的密钥，加密的轮数也不同

加密公式C = E(K,P)

下面介绍加密轮函数的四个操作：字节代换、行位移、列混合、轮密钥加

以AES-128为例

字节代换

字节代换通过S盒进行一个查表映射的方式，将明文字节映射成S盒中的字节

映射逻辑是这样的：分别取出原字节的高4位作为行值，和低4位作为列值，在S盒中查表得到新值，例如0x12，取0x1行以及0x2列，得到新值0x91

解密的时候则查逆S盒

行移位

左循环移位

逆变换即右循环移位

列混合（列混淆）

列混合利用矩阵乘法得到混淆后的矩阵

矩阵元素的乘法和加法都是定义在GF（2^8）的二元运算

其中给定的矩阵可能被魔改，做题的时候小心

其逆运算如下：

正逆变换用到的矩阵相乘为单位矩阵

轮密钥加

即轮密钥与上一步得到的状态矩阵逐位异或

逆操作异或回来即可

密钥扩展算法

初始密钥被输入到一个4*4的状态矩阵中：

所以每一轮的密钥均不同

#include <stdio.h>

int main() {
    unsigned char new_s_box[256] = {
        0x90, 0x7A, 0x50, 0xEF, 0xF0, 0x9C, 0x2F, 0x7D, 0xA0, 0x34, 0x23, 0xCA, 0x4F, 0x21, 0x66, 0x6B,
        0x3D, 0xE0, 0xC2, 0xB3, 0xFC, 0x69, 0x08, 0xFF, 0x7F, 0x16, 0x48, 0xD5, 0xEB, 0x59, 0xD8, 0x0C,
        0xF3, 0xE4, 0xA8, 0xEA, 0xB9, 0x81, 0x01, 0x28, 0x13, 0xB8, 0x6C, 0xCB, 0xDC, 0x8A, 0x27, 0x19,
        0xD2, 0xA4, 0xD3, 0x99, 0x49, 0x57, 0x87, 0xDF, 0x2D, 0x4A, 0xC1, 0x58, 0xB4, 0x68, 0xDE, 0xC7,
        0x94, 0x7B, 0xAA, 0xE2, 0x8C, 0x53, 0xAD, 0x1E, 0x04, 0xC5, 0x18, 0x00, 0xED, 0xF1, 0x79, 0x43,
        0x51, 0xB0, 0x84, 0x5A, 0xEE, 0x97, 0x88, 0x26, 0xB6, 0x73, 0x9D, 0x5B, 0xFE, 0xE5, 0x54, 0xF4,
        0xB1, 0x06, 0x3F, 0xBC, 0x31, 0x60, 0xA1, 0x85, 0xC9, 0xF8, 0xC6, 0xE7, 0xAE, 0xC3, 0x82, 0x9F,
        0xFB, 0xCE, 0xFD, 0x32, 0x8D, 0x2E, 0x41, 0xBF, 0x37, 0xB7, 0xEC, 0x77, 0x02, 0x80, 0x3B, 0x76,
        0x92, 0x14, 0xD0, 0x4C, 0x38, 0x89, 0x1C, 0x46, 0x2B, 0x0B, 0xC4, 0x72, 0x0E, 0xCD, 0x62, 0x10,
        0x6F, 0x09, 0x8F, 0x7C, 0xD4, 0xD7, 0x6D, 0xF7, 0x9B, 0xAC, 0x20, 0x12, 0x64, 0xDD, 0xCC, 0xFA,
        0x70, 0xF9, 0x35, 0x1D, 0x9A, 0x52, 0xF5, 0x0D, 0xAF, 0xBA, 0xA6, 0x30, 0x29, 0x8B, 0x7E, 0xC0,
        0x83, 0x95, 0x61, 0x44, 0xA3, 0x22, 0x75, 0x5E, 0xA7, 0x55, 0x2A, 0x91, 0xF2, 0x42, 0xA2, 0x56,
        0xB5, 0x5F, 0xDB, 0x36, 0x47, 0xBE, 0x86, 0xA5, 0x40, 0x15, 0x5D, 0x8E, 0xBD, 0xC8, 0x1A, 0xD1,
        0x3C, 0x07, 0x11, 0x33, 0xBB, 0x6E, 0x9E, 0x96, 0x3A, 0xDA, 0x39, 0x5C, 0x2C, 0x1F, 0x17, 0xE6,
        0x25, 0x6A, 0x0A, 0x3E, 0x93, 0xE9, 0x74, 0x65, 0xAB, 0x4D, 0xCF, 0xE8, 0x78, 0x0F, 0xB2, 0xE1,
        0xF6, 0x71, 0x03, 0xA9, 0x1B, 0xD6, 0x63, 0x4E, 0xD9, 0x24, 0x98, 0x67, 0x45, 0x05, 0xE3, 0x4B
    };

    unsigned char new_contrary_sbox[256] = {0};

    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        unsigned char line = (new_s_box[i] & 0xF0) >> 4; // 提取高四位
        unsigned char rol = new_s_box[i] & 0x0F;         // 提取低四位
        new_contrary_sbox[(line * 16) + rol] = i;        // 填充逆 S 盒
    }

    // 打印逆 S 盒
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        printf("0x%02X, ", new_contrary_sbox[i]);
        if ((i + 1) % 16 == 0) {
            printf("\n");
        }
    }

    return 0;
}