今天给各位分享简述aes算法的加密过程的知识，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站。
aes（The Advanced Encryption Standard）是美国国家标准与技术研究所用于加密电子数据的规范。它被预期能成为人们公认的加密包括金融、电信和政府数字信息的方法。美国国家标准与技术研究所(NIST)在2002年5月26日建立了新的高级数据加密标准(aes)规范。aes是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。
1998年National Institute of Standards and Technology（NIST）开始aes第一轮分析、测试和征集，共产生了15个候选算法。其中包括CAST-256, CRYPTON, DEAL, DFC, E2, FROG, HPC, LOKI97, MAGENTA, MARS,RC6, Rijndael, SAFER+, Serpent, Twofish。 其中五个候选算法进入第二轮: MARS, RC6, Rijndael, Serpent, andTwofish. 1999年3月完成了第二轮aes2的分析、测试，最终确认Rijndael算法获得胜利。NIST于2002年5月26日制定了新的高级加密标准（aes）规范。
aes是典型的对称加密算法，应用广泛。数据发信方将明文和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。其优点是对称加密算法的特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。不足之处是，双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。
在此扯一下题外话，不对称加密算法，比如著名的RSA算法，使用两把完全不同但又是完全匹配的一对钥匙----公钥和私钥。在使用不对称加密算法加密文件时，只有使用匹配的一对公钥和私钥，才能完成对明文的加密和解密过程。加密明文时采用公钥加密，解密密文时使用私钥才能完成，而且加密者知道收信方的公钥，只有解密者才是唯一知道自己私钥的人。
aes算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将一个数据单元替换为另一个。aes使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。aes是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192和256位密钥，并且用128位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥加密使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据。密码学简介据记载，公元前400年，古希腊人发明了置换密码。1881年世界上的第一个电话保密专利出现。在第二次世界大战期间，德国军方启用“恩尼格玛”密码机，密码学在战争中起着非常重要的作用。
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“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）。加密时，各轮aes加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤：
1.AddRoundKey — 矩阵中的每一个字节都与该次round key做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
2.SubBytes — 通过一个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
3.ShiftRows — 将矩阵中的每个横列进行循环式移位。
4.MixColumns — 为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每内联的四个字节。
aes是分组密钥，算法输入128位数据，密钥长度也是128位。用Nr表示对一个数据分组加密的轮数（加密轮数与密钥长度的关系如表1所列）。每一轮都需要一个与输入分组具有相同长度的扩展密钥Expandedkey(i)的参与。由于外部输入的加密密钥K长度有限,所以在算法中要用一个密钥扩展程序(Keyexpansion)把外部密钥K扩展成更长的比特串,以生成各轮的加密和解密密钥。
1.1圈变化
aes每一个圈变换由以下三个层组成:
非线性层——进行Subbyte变换；
线行混合层——进行ShiftRow和MixColumn运算；
密钥加层——进行AddRoundKey运算。
① Subbyte变换是作用在状态中每个字节上的一种非线性字节转换,可以通过计算出来的S盒进行映射。
② ShiftRow是一个字节换位。它将状态中的行按照不同的偏移量进行循环移位，而这个偏移量也是根据Nb的不同而选择的[3]。
③ 在MixColumn变换中,把状态中的每一列看作GF(28)上的多项式a(x)与固定多项式c(x)相乘的结果。 b(x)=c(x)*a(x)的系数这样计算:
*运算不是普通的乘法运算,而是特殊的运算，即 b(x)=c(x)·a(x)(mod x4+1) 对于这个运算 b0=02。a0+03。a1+a2+a3 令xtime(a0)=02。a0
其中，符号“。”表示模一个八次不可约多项式的同余乘法[3]。
对于逆变化,其矩阵C要改变成相应的D,即b(x)=d(x)＊a(x)。
④ 密钥加层运算(addround)是将圈密钥状态中的对应字节按位“异或”。
⑤ 根据线性变化的性质[1],解密运算是加密变化的逆变化。
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 全称 Advanced Encryption Standard（高级加密标准）。它的出现主要是为了取代 DES 加密算法的，因为 DES 算法的密钥长度是 56 位，因此算法的理论安全强度是 2^56。但二十世纪中后期正是计算机飞速发展的阶段，元器件制造工艺的进步使得计算机的处理能力越来越强，所以还是不能满足人们对安全性的要求。于是 1997 年 1 月 2 号，美国国家标准技术研究所宣布希望征集高级加密标准，用以取代 DES。aes 也得到了全世界很多密码工作者的响应，先后有很多人提交了自己设计的算法。最终有5个候选算法进入最后一轮：Rijndael，Serpent，Twofish，RC6 和 MARS。最终经过安全性分析、软硬件性能评估等严格的步骤，Rijndael 算法获胜。
aes 密码与分组密码 Rijndael 基本上完全一致，Rijndael 分组大小和密钥大小都可以为 128 位、192 位和 256 位。然而 aes 只要求分组大小为 128 位，因此只有分组长度为 128 位的 Rijndael 才称为 aes 算法。本文只对分组大小 128 位，密钥长度也为 128 位的 Rijndael 算法进行分析。密钥长度为 192 位和 256 位的处理方式和 128 位的处理方式类似，只不过密钥长度每增加 64 位，算法的循环次数就增加 2 轮，128 位循环 10 轮、192 位循环 12 轮、256 位循环 14 轮。
给定一个 128 位的明文和一个 128 位的密钥，输出一个 128 位的密文。这个密文可以用相同的密钥解密。虽然 aes 一次只能加密 16 个字节，但我们只需要把明文划分成每 16 个字节一组的块，就可以实现任意长度明文的加密。如果明文长度不是 16 个字节的倍数，则需要填充，目前填充方式主要是 PKCS7 / PKCS5。
下来主要分析 16 个字节的加解密过程，下图是 aes 算法框架。
密钥生成流程
G 函数
关于轮常量的生成下文会介绍。
主要作用：一是增加密钥编排中的非线性；二是消除aes中的对称性。这两种属性都是抵抗某些分组密码攻击必要的。
接下来详细解释一下几个关键步骤。
明文矩阵和当前回次的子密钥矩阵进行异或运算。
字节代换层的主要功能是通过 S 盒完成一个字节到另外一个字节的映射。
依次遍历 4 * 4 的明文矩阵 P 中元素，元素高四位值为行号，低四位值为列号，然后在 S 盒中取出对应的值。
行位移操作最为简单，它是用来将输入数据作为一个 4 * 4 的字节矩阵进行处理的，然后将这个矩阵的字节进行位置上的置换。ShiftRows 子层属于 aes 手动的扩散层，目的是将单个位上的变换扩散到影响整个状态当，从而达到雪崩效应。它之所以称作行位移，是因为它只在 4 * 4 矩阵的行间进行操作，每行 4 字节的数据。在加密时，保持矩阵的第一行不变，第二行向左移动 1 个字节、第三行向左移动 2 个字节、第四行向左移动 3 个字节。
列混淆层是 aes 算法中最为复杂的部分，属于扩散层，列混淆操作是 aes 算法中主要的扩散元素，它混淆了输入矩阵的每一列，使输入的每个字节都会影响到 4 个输出字节。行位移层和列混淆层的组合使得经过三轮处理以后，矩阵的每个字节都依赖于 16 个明文字节成可能。其实质是在有限域 GF(2^8) 上的多项式乘法运算，也称伽罗瓦域上的乘法。
伽罗瓦域
伽罗瓦域上的乘法在包括加/解密编码和存储编码中经常使用，aes 算法就使用了伽罗瓦域 GF(2^8) 中的运算。以 2^n 形式的伽罗瓦域来说，加减法都是异或运算，乘法相对较复杂一些，下面介绍 GF(2^n) 上有限域的乘法运算。
本原多项式： 域中不可约多项式，是不能够进行因子分解的多项式，本原多项式是一种特殊的不可约多项式。当一个域上的本原多项式确定了，这个域上的运算也就确定了，本原多项式一般通过查表可得，同一个域往往有多个本原多项式。通过将域中的元素化为多项式的形式，可以将域上的乘法运算转化为普通的多项式乘法模以本原多项式的计算。比如 g(x) = x^3+x+1 是 GF(2^3) 上的本原多项式，那么 GF(2^3) 域上的元素 3*7 可以转化为多项式乘法：
乘二运算： 无论是普通计算还是伽罗瓦域上运算，乘二计算是一种非常特殊的运算。普通计算在计算机上通过向高位的移位计算即可实现，伽罗瓦域上乘二也不复杂，一次移位和一次异或即可。从多项式的角度来看，伽罗瓦域上乘二对应的是一个多项式乘以 x，如果这个多项式最高指数没有超过本原多项式最高指数，那么相当于一次普通计算的乘二计算，如果结果最高指数等于本原多项式最高指数，那么需要将除去本原多项式最高项的其他项和结果进行异或。
比如：GF(2^8)（g(x) = x^8 + x^4 + x^3 + x^2 + 1）上 15*15 = 85 计算过程。
15 写成生成元指数和异或的形式 2^3 + 2^2 + 2^1 + 1，那么：
乘二运算计算过程：
列混淆 ：就是把两个矩阵的相乘，里面的运算，加法对应异或运算，乘法对应伽罗瓦域 GF(2^8) 上的乘法（本原多项式为：x^8 + x^4 + x^3 + x^1 + 1）。
Galois 函数为伽罗瓦域上的乘法。
解码过程和 DES 解码类似，也是一个逆过程。基本的数学原理也是：一个数进行两次异或运算就能恢复，S ^ e ^ e = S。
密钥加法层
通过异或的特性，再次异或就能恢复原数。
逆Shift Rows层
恢复 Shift Rows层 的移动。
逆Mix Column层
通过乘上正矩阵的逆矩阵进行矩阵恢复。
一个矩阵先乘上一个正矩阵，然后再乘上他的逆矩阵，相当于没有操作。
逆字节代换层
通过再次代换恢复字节代换层的代换操作。
比如：0x00 字节的置换过程
轮常量生成规则如下：
算法原理和 aes128 一样，只是每次加解密的数据和密钥大小为 192 位和 256 位。加解密过程几乎是一样的，只是循环轮数增加，所以子密钥个数也要增加，最后轮常量 RC 长度增加。
aes是分组密钥，算法输入128位数据，密钥长度也是128位。用Nr表示对一个数据分组加密的轮数（加密轮数与密钥长度的关系如表1所列）。每一轮都需要一个与输入分组具有相同长度的扩展密钥Expandedkey(i)的参与。由于外部输入的加密密钥K长度有限,所以在算法中要用一个密钥扩展程序(Keyexpansion)把外部密钥K扩展成更长的比特串,以生成各轮的加密和解密密钥。
1.1圈变化
aes每一个圈变换由以下三个层组成:
非线性层——进行Subbyte变换；
线行混合层——进行ShiftRow和MixColumn运算；
密钥加层——进行AddRoundKey运算。
① Subbyte变换是作用在状态中每个字节上的一种非线性字节转换,可以通过计算出来的S盒进行映射。
② ShiftRow是一个字节换位。它将状态中的行按照不同的偏移量进行循环移位，而这个偏移量也是根据Nb的不同而选择的[3]。
③ 在MixColumn变换中,把状态中的每一列看作GF(28)上的多项式a(x)与固定多项式c(x)相乘的结果。 b(x)=c(x)*a(x)的系数这样计算:
*运算不是普通的乘法运算,而是特殊的运算，即 b(x)=c(x)·a(x)(mod x4+1) 对于这个运算 b0=02。a0+03。a1+a2+a3 令xtime(a0)=02。a0
其中，符号“。”表示模一个八次不可约多项式的同余乘法[3]。
对于逆变化,其矩阵C要改变成相应的D,即b(x)=d(x)＊a(x)。
④ 密钥加层运算(addround)是将圈密钥状态中的对应字节按位“异或”。
⑤ 根据线性变化的性质[1],解密运算是加密变化的逆变化。
aes的意思是：
1、密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，aes），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。
2、原子发射光谱原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry，简称aes），是利用物质在热激发或电激发下，不同元素的原子或离子发射特征光谱的差别来判断物质的组成，并进而进行元素的定性与定量分析的方法。
aes加密
aes加密过程又包括一个作为初始轮的初始密钥加法（AddRoundKey)，接着进行9次轮变换（Round)，最后再使用一个轮变换（FinalRound)，如图2.1 aes算法加密实现过程所示。
每一次Round均由SubBytes，ShiftRows，MixColumns和AddRoundKey共4个步骤构成，FinalRound包含除MixColumns这一步外的其他3个步骤。轮变换及其每一步均作用在中间结果上，将该中间结果称为状态，可以形象地表示为一个4*4 B的矩阵。
随着社会的发展，产品的更新速度也是越来越快，算法是方案的核心，保护开发者和消费者的权益刻不容缓，那么加密芯片在其中就扮演了重要的角色，如何选择加密芯片呢？
1.市面上加密芯片种类繁多,算法多种,加密芯片强度参差不齐,加密性能与算法、秘钥密切相关。常见的加密算法有对称算法,非对称算法,国密算法,大部分都是基于I2C、SPI或1-wire协议进行通信。加密芯片还是需要项目实际需求选择,比如对称加密算法的特点是计算量小、加密速度快、加密效率高等。
2.因为单片机软加密性能较弱且非常容易被复制,所以有了加密芯片的产生,大大增加了破解难度和生产成本。目前加密芯片广泛应用于车载电子、消费电子、美容医疗、工业控制、AI智能等行业。
3.韩国KEROS加密芯片专注加密领域十多年,高安全性、低成本,在加密保护领域受到了众多客户的高度赞扬及认可。KEROS采用先进的内置aes256安全引擎和加密功能,通过真动态数据交互并为系统中敏感信息的存储提供了安全的场所,有了它的保护电路,即使受到攻击,这些信息也可以保持安全。其封装SOP8,SOT23-6,TDFN-6集成I2C与1-wire协议满足不同应用需求。CK02AT、CK22AT、CK02AP、CK22AP支持1.8V-3.6V,256bit位秘钥长度,5bytes SN序列号,支持定制化免烧录,加密行业首选。关于简述aes算法的加密过程的介绍到此就结束了，感谢大家耐心阅读。
