歐賢+張婧

摘 要 對(duì)數(shù)據(jù)加密是保護(hù)數(shù)據(jù)安全唯一實(shí)用的方法，它是數(shù)據(jù)保護(hù)在技術(shù)上最重要的防線。本文主要論述AES算法的加、解密實(shí)現(xiàn)的原理與安全性的分析，并使用Jave語言實(shí)現(xiàn)AES加密算法。

關(guān)鍵詞 AES 加密算法 Java

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 AES算法概述

1995年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)所開始尋找一種新的、更強(qiáng)有力的加密算法。尋找的結(jié)果最終成為了高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，即AES。美國政府鑒于破密技術(shù)的快速演進(jìn)，雖然到目前為止并無一致命性的攻擊方法可以直接破解DES（目前的破解方法大多針對(duì)DES密鑰長度太短來破解），但是這些發(fā)展已直接影響了DES密碼系統(tǒng)的安全性，所以在1998年對(duì)世界公開征求下一代的密碼算法，用以取代DES算法。

2 AES算法過程分析

AES中的操作均是以字節(jié)作為基礎(chǔ)的，用到的變量也都是以字節(jié)為基礎(chǔ)。State可以用4€？的矩陣表示。AES算法結(jié)構(gòu)對(duì)加密和解密的操作，算法由輪密鑰開始，并用Nr表示對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)分組加密的輪數(shù)（加密輪數(shù)與密鑰長度的關(guān)系如表1所示）。AES算法的主循環(huán)State矩陣執(zhí)行輪迭代運(yùn)算，每輪都包括所有4個(gè)階段的代換，分別是在規(guī)范中被稱為 SubBytes（字節(jié)替換）、ShiftRows（行位移變換）、MixColumns（列混合變換） 和AddRoundKey，（由于外部輸入的加密密鑰K長度有限，所以在算法中要用一個(gè)密鑰擴(kuò)展程序（Keyexpansion）把外部密鑰K擴(kuò)展成更長的比特串，以生成各輪的加密和解密密鑰。）最后執(zhí)行只包括3個(gè)階段（省略 MixColumns變換）的最后一輪運(yùn)算。

AES算法利用外部輸入密鑰K（密鑰串的字?jǐn)?shù)為Nk），通過密鑰的擴(kuò)展程序得到共計(jì)4（Nr+1）字的擴(kuò)展密鑰。它涉及如下三個(gè)模塊：

（1）位置變換（rotword）——把一個(gè)4字節(jié)的序列[A，B，C，D]變化成[B，C，D，A]；

（2）S盒變換（subword）——對(duì)一個(gè)4字節(jié)進(jìn)行S盒代替；

（3）變換Rcon[i]——Rcon[i]表示32位比特字[xi-1，00，00，00]。

這里的x是（02），如 Rcon[1]=[01000000]；Rcon[2]=[02000000]；Rcon[3]=[04000000]……

擴(kuò)展密鑰的生成：擴(kuò)展密鑰的前Nk個(gè)字就是外部密鑰K；以后的字W[[i]]等于它前一個(gè)字W[[i-1]]與前第Nk個(gè)字W[[i-Nk]]的“異或”，即W[[i]]=W[[i-1]]W[[i- Nk]]。但是若i為Nk的倍數(shù)，則W[i]=W[i-Nk]Subword（Rotword（W[[i-1]]））Rcon[i/Nk]。

3 AES算法的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)在筆者已研究了構(gòu)成 AES 加密算法的各個(gè)成分，將用Java來實(shí)現(xiàn)它。首先初始化此密鑰生成器，使其具有確定的密鑰大小AES 要求密鑰長度為 128[4]。核心代碼如下：

4總結(jié)

數(shù)據(jù)加密是保護(hù)數(shù)據(jù)的重要手段。AES的提出是經(jīng)過公眾廣泛的參與專家的嚴(yán)密論證。它不再是保密的算法。AES將加密密鑰的位數(shù)提高到128bit以上，這樣就極大地增加了破解密文的難度。Rijndael被選為AES是經(jīng)過多個(gè)國家的密碼方面的專家廣泛討論的結(jié)果。Rijndael算法具有靈活、簡便、抗擊多種密碼分析的優(yōu)點(diǎn)。它的目標(biāo)是發(fā)展成能安全地用于商業(yè)，政治的加密算法。

參考文獻(xiàn)

[1] Joan DaemenVincent Rijmen，谷大武，徐勝波.高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）算法——Rijndael的設(shè)計(jì)[M].清化大學(xué)出版社，2003.

[2] 盧開澄.計(jì)算機(jī)密碼學(xué)—計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)保密與安全（第3版）[M].清化大學(xué)出版社，2002.

[3] 鹿欽鶴.高級(jí)加密算法的研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2006.

[4] 馬虹博.高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)及短分組加密技術(shù)應(yīng)用研[D].湖南：中南大學(xué)，2006.