Rijndael密码是一个迭代型分组密码,分组长度和密码长度都是可变的,分组长度和密码长度可以独立的指定为128比特,192比特或者256比特。AES的加密算法的数据处理单位是字节,128位的比特信息被分成16个字节,按顺序复制到一个4*4的矩阵中,称为状态(state),AES的所有变换都是基于状态矩阵的变换。
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一所示)。在轮函数的每一轮迭代中,包括四步变换,分别是字节代换运算(ByteSub())、行变换(ShiftRows())、列混合(MixColumns())以及轮密钥的添加变换AddRoundKey(),其作用就是通过重复简单的非线形变换、混合函数变换,将字节代换运算产生的非线性扩散,达到充分的混合,在每轮迭代中引入不同的密钥,从而实现加密的有效性。
表一是三种不同类型的AES加密密钥分组大小与相应的加密轮数的对照表。加密开始时,输入分组的各字节按
表二的方式装入矩阵state中。如输入ABCDEFGHIJKLMNOP,则输入块影射到如表2的状态矩阵中。
表一:
|AES类型| 密钥长度 | 分组长度 | 加密轮数| |AES-128| 4字|4字 | 10 | |AES-192| 6字|4字 | 12 | |AES-256| 8字|4字 | 14 |
表二:
| A | E | I | M | | B | F | J | N | | C | G | K | O | | D | H | L | P |
字节代换运算(ByteSub())
字节代换运算是一个可逆的非线形字节代换操作,对分组中的每个字节进行,对字节的操作遵循一个代换表,即S盒。S盒由有限域 GF(28)上的乘法取逆和GF(2)上的仿射变换两步组成。
行变换ShiftRows()
行变换是一种线性变换,其目的就是使密码信息达到充分的混乱,提高非线形度。行变换对状态的每行以字节为单位进行循环右移,移动字节数根据行数来确定,第0行不发生偏移,第一行循环右移一个字节,第二行移两个,依次类推。
列混合变换MixColumns()
列变换就是从状态中取出一列,表示成多项式的形式后,用它乘以一个固定的多项式a(x),然后将所得结果进行取模运算,模值为 x4+1。其中