AES算法

高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称 高级加密标准Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院 （NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

对称密码体制的发展趋势将以分组密码为重点。分组密码算法通常由密钥扩展算法和加密（解密）算法两部分组成。密钥扩展算法将b字节用户主密钥扩展成r个子密钥。加密算法由一个密码学上的弱函数f与r个子密钥迭代r次组成。混乱和密钥扩散是分组密码算法设计的基本原则。抵御已知明文的差分和线性攻击，可变长密钥和分组是该体制的设计要点。 
      AES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，密钥长度的最少支持为128、192、256，分组长度128位，算法应易于各种硬件和软件实现。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. 
      在应用方面，尽管DES在安全上是脆弱的，但由于快速DES芯片的大量生产，使得DES仍能暂时继续使用，为提高安全强度，通常使用独立密钥的三级DES。但是DES迟早要被AES代替。流密码体制较之分组密码在理论上成熟且安全，但未被列入下一代加密标准。
      AES加密数据块分组长度必须为128比特，密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个（如果数据块及密钥长度不足时，会补齐）。AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：1、密钥扩展（KeyExpansion），2、初始轮（Initial Round），3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。 
      ECB(Electronic Code Book电子密码本)模式 
      ECB模式是最早采用和最简单的模式，它将加密的数据分成若干组，每组的大小跟加密密钥长度相同，然后每组都用相同的密钥进行加密。 
      优点:   1.简单；   2.有利于并行计算；  3.误差不会被扩散； 
      缺点:   1.不能隐藏明文的模式；  2.可能对明文进行主动攻击； 
      因此，此模式适于加密小消息。 
      CBC(Cipher Block Chaining，加密块链)模式 
      优点：  不容易主动攻击,安全性好于ECB,适合传输长度长的报文,是SSL、IPSec的标准。 
      缺点：  1.不利于并行计算；  2.误差传递；  3.需要初始化向量IV 
      CFB(Cipher FeedBack Mode，加密反馈)模式 
      优点：
      1.隐藏了明文模式;  2.分组密码转化为流模式;  3.可以及时加密传送小于分组的数据; 
      缺点:  1.不利于并行计算;  2.误差传送：一个明文单元损坏影响多个单元;  3.唯一的IV; 
      OFB(Output FeedBack，输出反馈)模式 
      优点:  1.隐藏了明文模式;  2.分组密码转化为流模式;  3.可以及时加密传送小于分组的数据; 
      缺点:  1.不利于并行计算;  2.对明文的主动攻击是可能的;  3.误差传送：一个明文单元损坏影响多个单元;

严格地说，AES和Rijndael加密法并不完全一样（虽然在实际应用中二者可以互换），因为Rijndael加密法可以支持更大范围的区块和密钥长度：AES的区块长度固定为128 比特，密钥长度则可以是128，192或256比特；而Rijndael使用的密钥和区块长度可以是32位的整数倍，以128位为下限，256比特为上限。加密过程中使用的密钥是由Rijndael密钥生成方案产生。

大多数AES计算是在一个特别的有限域完成的。

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“状态（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：

1. AddRoundKey — 矩阵中的每一个字节都与该次轮秘钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
2. SubBytes — 通过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列的四个字节。

最后一个加密循环中省略MixColumns步骤，而以另一个AddRoundKey取代。

 

轮数    密钥长度Bytes

10            16（128位）

12  　　　  24（192位）

14　　　　 32（256位）