今天给各位分享aes加密的详细过程的知识,如果能碰巧解决你现在面临的问题,别忘了关注本站。
aes加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作,这个矩阵又称为“体(state)”,其初值就是一个明文区块(矩阵中一个
元素大小就是明文区块中的一个Byte)。(Rijndael加密法因支持更大的区块,其矩阵行数可视情况增加)加密时,
各轮aes加密循环(除最后一轮外)均包含4个步骤:
矩阵中的各字节通过一个8位的S-box进行转换。这个步骤提供了加密法非线性的变换能力。S-box与GF(28)上的乘法反元素有关,已知具有良好的非线性特性。为了避免简单代数性质的攻击,S-box结合了乘法反元素及一个可逆的仿射变换矩阵建构而成。此外在建构S-box时,刻意避开了固定点与反固定点,即以S-box替换字节的结果会相当于错排的结果。aes算法中的S盒如图2.2所示
例如一个字节为0x19,经过S盒变换查找n(1,9) = 0xd4,所以就替换为0xd4。
ShiftRows描述矩阵的行操作。在此步骤中,每一行都向左循环位移某偏移量。在aes中(区块大小128位),第一行维持不变,第二行里的每个字节都向左循环移动一格。同理,第三行及第四行向左循环位移的偏移量就分别是2和3。经过ShiftRows之后,矩阵中每一竖列,都是由输入矩阵中的每个不同列中的元素组成。
在MixColumns步骤,每一列的四个字节通过线性变换互相结合。每一列的四个元素分别当作 的系数,合并即为GF(28)中的一个多项式,接着将此多项式和一个固定的多项式在modulo 下相乘。此步骤亦可视为Rijndael有限域之下的矩阵乘法。MixColumns函数接受4个字节的输入,输出4个字节,每一个输入的字节都会对输出的四个字节造成影响。因此ShiftRows和MixColumns两步骤为这个密码系统提供了扩散性。
aes算法利用外部输入密钥K(密钥串的字数为Nk),通过密钥的扩展程序得到共计4(Nr+1)字的扩展密钥。它涉及如下三个模块:
(1)位置变换(rotword)——把一个4字节的序列[A,B,C,D]变化成[B,C,D,A];
(2)S盒变换(subword)——对一个4字节进行S盒代替;
(3)变换Rcon[i]——Rcon[i]表示32位比特字[xi-1,00,00,00]。这里的x是(02),如 Rcon[1]=[01000000];Rcon[2]=[02000000];Rcon[3]=[04000000]……
扩展密钥的生成:扩展密钥的前Nk个字就是外部密钥K;以后的字W[[i]]等于它前一个字W[[i-1]]与前第Nk个字W[[i-Nk]]的“异或”,即W[[i]]=W[[i-1]]W[[i- Nk]]。但是若i为Nk的倍数,则W[i]=W[i-Nk]Subword(Rotword(W[[i-1]]))Rcon[i/Nk]。
至少在现在是安全的
首先我们来看一下aes加密过程
随机生成一份密钥,分为公钥和私钥,公钥发送到公共网络或者被加密文件的计算机,把私钥钥记为A,公钥记为B,公钥存储在系统目录下,隐藏这个公钥,因为系统目录文件比较多,手动寻找密钥不太现实,就算找到了目录,因为隐藏了文件,你也找不到,再或者你真的找到了公钥也没用,因为公钥需要和私钥配合使用才能解密文件,你不可能通过公钥推算出密码,除非加密着把私钥发送给你,你也只剩下一种选择,暴力破解文件密码,目前aes128加密算法的,一台普通的计算机需要暴力破解十万年,还不包括可能出现了意外,以及加密者是否不使用aes128而是采用aes256or512,综上所述,Aes加密算法非常安全,但Aes加密算法可以被量子计算机破解,所以可能之后就要换成bb84了
加密算法分为单向加密和双向加密。
单向加密 包括 MD5 , SHA 等摘要算法。单向加密算法是不可逆的,也就是无法将加密后的数据恢复成原始数据,除非采取碰撞攻击和穷举的方式。像是银行账户密码的存储,一般采用的就是单向加密的方式。
双向加密 是可逆的,存在密文的密钥,持有密文的一方可以根据密钥解密得到原始明文,一般用于发送方和接收方都能通过密钥获取明文的情况。双向加密包括对称加密和非对称加密。对称加密包括 DES 加密, aes 加密等,非对称加密包括 RSA 加密, ECC 加密。
aes 算法全称 Advanced Encryption Standard ,是 DES 算法的替代者,也是当今最流行的对称加密算法之一。
要想学习aes算法,首先要弄清楚三个基本的概念:密钥、填充、模式。
密钥是 aes 算法实现加密和解密的根本。对称加密算法之所以对称,是因为这类算法对明文的加密和解密需要使用同一个密钥。
aes支持三种长度的密钥:
128位,192位,256位
平时大家所说的aes128,aes192,aes256,实际上就是指的aes算法对不同长度密钥的使用。从安全性来看,aes256安全性最高。从性能来看,aes128性能最高。本质原因是它们的加密处理轮数不同。
要想了解填充的概念,我们先要了解aes的分组加密特性。aes算法在对明文加密的时候,并不是把整个明文一股脑加密成一整段密文,而是把明文拆分成一个个独立的明文块,每一个明文块长度128bit。
这些明文块经过aes加密器的复杂处理,生成一个个独立的密文块,这些密文块拼接在一起,就是最终的aes加密结果。
但是这里涉及到一个问题:
假如一段明文长度是192bit,如果按每128bit一个明文块来拆分的话,第二个明文块只有64bit,不足128bit。这时候怎么办呢?就需要对明文块进行填充(Padding)。aes在不同的语言实现中有许多不同的填充算法,我们只举出集中典型的填充来介绍一下。
不做任何填充,但是要求明文必须是16字节的整数倍。
如果明文块少于16个字节(128bit),在明文块末尾补足相应数量的字符,且每个字节的值等于缺少的字符数。
比如明文:{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节,则补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}
如果明文块少于16个字节(128bit),在明文块末尾补足相应数量的字节,最后一个字符值等于缺少的字符数,其他字符填充随机数。
比如明文:{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节,则可能补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6}
需要注意的是,如果在aes加密的时候使用了某一种填充方式,解密的时候也必须采用同样的填充方式。
aes的工作模式,体现在把明文块加密成密文块的处理过程中。aes加密算法提供了五种不同的工作模式:
ECB、CBC、CTR、CFB、OFB
模式之间的主题思想是近似的,在处理细节上有一些差别。我们这一期只介绍各个模式的基本定义。
电码本模式 Electronic Codebook Book
密码分组链接模式 CipherBlock Chaining
计算器模式 Counter
密码反馈模式 CipherFeedBack
输出反馈模式 OutputFeedBack
如果在aes加密的时候使用了某一种工作模式,解密的时候也必须采用同样的工作模式。
aes加密主要包括两个步骤: 密钥扩展 和 明文加密 。
密钥扩展过程说明(密钥为16字节):
函数g的流程说明:
轮常量(Rcon)是一个字,最右边三个字节总为0。因此字与Rcon相异或,其结果只是与该字最左的那个字节相异或。每轮的轮常量不同,定位为Rcon[j] = (RC[j], 0, 0, 0)。(RC是一维数组)
RC生成函数:RC[1] = 1, RC[j] = 2 * RC[j – 1]。
因为16字节密钥的只进行10轮的扩展,所以最后生成的RC[j]的值按16进制表示为:
十轮的密钥扩展后,就能生成44个字大小的扩展密钥。扩展后的密钥将用于aes对明文的加密过程。
S盒是16×16个字节组成的矩阵,行列的索引值分别从0开始,到十六进制的F结束,每个字节的范围为(00-FF)。
进行字节代替的时候,把状态中的每个字节分为高4位和低4位。高4位作为行值,低4位作为列值,以这些行列值作为索引从S盒的对应位置取出元素作为输出,如下图所示:
S盒的构造方式如下:
(1) 按字节值得升序逐行初始化S盒。在行y列x的字节值是{yx}。
(2) 把S盒中的每个字节映射为它在有限域GF中的逆;{00}映射为它自身{00}。
(3) 把S盒中的每个字节的8个构成位记为(b7, b6, b5, b4, b3, b2, b1)。对S盒的每个字节的每个位做如下的变换:
ci指的是值为{63}的字节c的第i位。
解密过程逆字节代替使用的是逆S盒,构造方式为
字节d={05}。
逆向行移位将状态中后三行执行相反方向的移位操作,如第二行向右循环移动一个字节,其他行类似。
要注意,图示的矩阵的乘法和加法都是定义在GF(2^8)上的。
逆向列混淆原理如下:
轮密钥加后的分组再进行一次轮密钥加就能恢复原值.所以,只要经过密钥扩展和明文加密,就能将明文加密成密文,进行解密的时候,只需要进行逆向变换即可。
图[aes加密算法的流程]中还需要注意,明文输入到输入状态后,需要进行一轮的轮密钥加,对输入状态进行初始化。 前9轮的加密过程,都需要进行字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加,但是第10轮则不再需要进行列混淆。
进行解密的时候,需要进行逆向字节替代,逆向行移位、逆向列混淆和轮密钥加。
详细过程如下图:
aes加密标准又称为高级加密标准Rijndael加密法,是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的21世纪的加密标准。aes的基本要求是,采用对称分组密码体制,密钥长度可以为128、192或256位,分组长度128位,算法应易在各种硬件和软件上实现。
1998年NIST开始aes第一轮分析、测试和征集,共产生了15个候选算法。
1999年3月完成了第二轮aes2的分析、测试。2000年10月2日美国政府正式宣布选中比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen提出的一种密码算法Rijndael作为aes的加密算法。
aes加密数据块和密钥长度可以是128b、192b、256b中的任意一个。aes加密有很多轮的重复和变换。
aes加密过程涉及到 4 种操作,分别是字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加。
1.字节替换:字节代替的主要功能是通过S盒完成一个字节到另外一个字节的映射。
2.行移位:行移位的功能是实现一个4x4矩阵内部字节之间的置换。
4.轮密钥加:加密过程中,每轮的输入与轮密钥异或一次(当前分组和扩展密钥的一部分进行按位异或);因为二进制数连续异或一个数结果是不变的,所以在解密时再异或上该轮的密钥即可恢复输入。
5.密钥扩展:其复杂性是确保算法安全性的重要部分。当分组长度和密钥长度都是128位时,aes的加密算法共迭代10轮,需要10个子密钥。aes的密钥扩展的目的是将输入的128位密钥扩展成11个128位的子密钥。aes的密钥扩展算法是以字为一个基本单位(一个字为4个字节),刚好是密钥矩阵的一列。因此4个字(128位)密钥需要扩展成11个子密钥,共44个字。
智能化时代的到来涉及了各种核心算法,保护算法就能保障开发者权益,杜绝市面上各种山寨品,加密芯片恰好能起到很好的保护作用,如何选择加密芯片呢?KEROS加密芯片专注于加密领域十余年,行业首选。
1.安全性:采用国际通用aes256算法加密并同时通过KAS传送,除基本认证之外,利用2K安全EEPROM,用户可以自己管理密钥和数据,实现双重保护。
2.唯一性:以定制的方式为每一位用户单独定制“专属型号CID”,多用户之间算法不兼容,并且采用固化的方法直接将算法固化到晶圆上而无需烧入。
3.序列号:每颗芯片制造生产时具有5字节全球唯一SN序列号,每颗芯片SN都不会重复。
4.防抄特性:每颗芯片都有自己独特的密钥系统,破解单颗芯片只对这颗芯片对应的产品有效,对整个同类型的产品是无效的,依旧无法通过验证。而且KEROS采用ASIC方法设计,芯片内为纯逻辑电路,封装内有40多层逻辑电路整合了10万多个逻辑门,爆力刨片破解难度可想而知。
5.安全存储:用户可以将保密数据加密之后安全的存放到EEPROM中。aes加密的详细过程的介绍就聊到这里吧,感谢你花时间阅读本站内容。