AES加密流程主要包括以下五个步骤:
轮密钥加:
S盒变换:
行移位:
列混淆:
轮密钥加的迭代:
最终:得到16字节的密文,确保了数据的安全传输。
‘贰’ 密码学基础:AES加密算法
AES加密算法是当代最强大的加密算法之一,基于Rijndael算法,以其128位分组和128/192/256位密钥的灵活性而着称。以下是AES加密算法的基础介绍:
伽罗瓦域的数学基础:AES算法在数学上主要运用了伽罗瓦域GF的概念,特别是GF在加密过程中起到了关键作用。伽罗瓦域中的运算规则,如加法逆元和乘法逆元的计算,是理解AES算法数学基础的重要部分。
加密过程中的数学应用:AES加密过程中的加减法实际上等价于异或运算,这是基于GF的基础。而Mix Column层的乘法运算则通过多项式简化和取余操作来实现。这些数学运算确保了AES加密的复杂性和安全性。
核心加密步骤:AES加密过程包括轮密钥加、SubByte、Shift Rows和Mix Column等步骤。这些步骤共同构成了AES加密的核心,通过复杂的数学变换确保数据的安全性。其中,SubByte步骤利用S盒进行字节代换,Shift Rows步骤通过行移位实现数据的扩散效应,Mix Column步骤则利用GF的矩阵乘法实现数据的混淆。
密钥管理与扩展:AES的密钥生成和扩展过程同样涉及复杂的数学运算。密钥扩展从初始密钥出发,通过特定的G函数处理规则生成扩展密钥。这些操作包括翻转、S盒代换以及Rcon异或等,确保了密钥的多样性和安全性。
S盒的生成与重要性:S盒是AES算法的基石,通过仿射映射和扩展欧几里得算法等数学方法生成。S盒的复杂性和非线性特性是AES加密安全性的重要保障之一。逆S盒的生成过程与S盒类似,但矩阵值和异或数有所不同。
综上所述,AES加密算法以其复杂的数学基础和精密的加密步骤确保了数据的安全性,是当代密码学中的重要组成部分。