文档介绍：加密它：用新的高级加密标准(AES)保持你的数据安全
James McCaffrey
摘要
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。本文展示了 AES的概貌并解析了它使用的算法。包括一个完整 的C#。在读完本文后你将能用AES加密、测试 基 于AES的软件并能在你的系统中使用AES加密。
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。本文中我将提供一个用C#编写的的能运行的AES实现，并 详细解释到底什么是AES以及编码是如何工作的。我将向您展示如何用AES 加密数据并扩展本文给出的代码来开发一个商业级质量的AES类。我还将解 释怎样把AES结合到你的软件系统中去和为什么要这么做，以及如何测试基于 AES的软件。
AES是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。明确地说，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。与公共密钥密码使用密钥对不 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 (permutations )和替换(substitutions)输入数据。Figure 1 显示了 AES 用 192位密钥对一个16位字节数据块进行加密和解密的情形。
AES算法概述
AES算法是基于置换和代替的。置换是数据的重新排列，而代替是用一个 单元数据替换另一个。AES使用了几种不同的技术来实现置换和替换。为了阐 明这些技术，让我们用Figure 1所示的数据讨论一个具体的AES加密例子。 下面是你要加密的128位值以及它们对应的索引数组：
00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 aa bb cc dd ee ff
0 1 23456789 10 11 12 13 14 15
192位密钥的值是：
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a Ob 0c Od Oe Of 10 11 12 13 14 15 16 17 012345678910111213141516171819 20 21 22 23
Figure 2 S-盒(Sbox )
当AES的构造函数(constructor)被调用时，用于加密方法的两个表被初始化。
第一个表是代替盒称为S-盒。它是一个16x16的矩阵。S-盒的前五行和前五列如 Figure 2所示。在幕后，加密例程获取该密钥数组并用它来生成一个名为w[]的 密钥调度表，Figure 3所示。
0 90
01
•2
•3
1・4
05
,6
G7
2・8
09
•a
•b
3・c
Oil
机
•f
4 10
11
12
13
5 14
15
16
17
6 58
12
19
7 5c
43
f4
f«
8 54
4a
ft
f5
9 58
47
fa
10 48
5€
•2
•9
49 la
71
4c
•9
50。4
U
c2
71
51 «3
a4
Id
5d
Figure 3 密钥调度表(Key Sched)
w[]最初的Nk (6)行被作为种子，用原始密钥值(0x00至i]0x17)o剩余行从种 子密钥来产生。变量Nk代表以32位字为单位的种子密钥长度。稍后我分析 AES实现时你将清楚地看到w[]是怎样产生的。关键是这里现在有许多密钥 使用而不只是一个。这些新的密钥被称为轮密钥（round keys）以将它们与原始 种子密钥区别开来。
0 1 2 3
Figure 4 State （态）数组
AES加密例程开始是拷贝16字节的输入数组到一个名为State （态）的 4x4字节矩阵中。（参见Figure 4）。AES加密算法取名为Cipher,它操作 State]],其过程描述的伪代码参见Figure 5 □
在规范中，加密算法实现的一个预备的处理步骤被称为AddRoundKey （轮 密钥加）。AddRoundKey用密钥调度表中的前四行对State矩阵实行一个字节 一个字节的异或（XOR）操作，并用轮密钥表w[c,r]异或输入State[r,c]o
举个例子，如果State矩阵的第一行保存的字节是{ 00, 44, 88, cc },第一 列密钥调度表是{0