高并行度的信息加解密算法研究(5)
图3.1 AES算法轮数
3.2.2 轮函数组成
加密算法中的轮函数由四个面向字节的变换组成：
1、字节替代ByteSubs（）：将每个字节按查表方式替换为16*16字节大小的S盒子中的值。例如，值为A1h的字节将被置换为S盒中第A行、第1列的值，即为32h。
2、移行ShiftRows（）：对状态数组的每一行进行循环左移操作，循环左移的为数取决于行号。
3、混列MixColumns（）： 将状态逐列进行处理，与固定多项式a（x）进行模x^4+1乘。
4、加轮密钥AddRoundKey（）：将状态中的每个四字节字与轮密钥 进行异或运算。
3.2.3 密钥扩展
在进行加密变换的时候，需要将状态与轮密钥进行多轮的按位异或，加密操作共需要Nr+1个轮密钥。
获得扩展密钥的伪代码如下[9]：
KeyExpansion（byte key[4*Nk]， word w[Nb*（Nr+1）]， Nk）
Begin
word temp；
i = 0；
while （i < Nk）
w[i] =f word（key[4*i]， key[4*i+1]， key[4*i+2]， key[4*i+3]）；
i = i+1；
end while
i = Nk；
while （i < Nb * （Nr+1））
temp = w[i-1]；
if （i mod Nk == 0）
temp = SubWord（RotWord（temp）） xor Rcon[i/Nk]；
else if （Nk > 6 and i mod Nk = 4）
temp = SubWord（temp）；
end if
w[i] = w[i-Nk] xor temp；
i = i + 1；
end while
end
其中
1、函数SubWord（）对输入的4字节字中的每个字节施加S盒操作；
2、函数RotWord（）对输入的4字节字进行一个字节的循环左移；
3、Rcon[i]为轮常数，由4字节组成。Rcon[i] = {xi-1， ’00’， ’00’， ’00’}，其中x0为’01’，x1为’02’，x2为’04’，x3为’08’，。
3.2.4 AES加密算法的伪代码[10]：
Rijndael（State，Cipherkey）
{
KeyExpansion（Cipherkey，Expandedkey）
Addroundkey（state，Expandedkey）
For i=1 step 1 to Nr-1
Subbytes（state）
Shiftrows（state）
Mixcolumns（state）
Addroundkey（state，Expandedkey+Nb*i）
End for
Subbytes（state）
Shiftrows（state）
Addroundkey（state，Expandedkey+Nb*Nr）
End
}
3.3 AES解密算法说明
3.3.1 轮函数
解密部分流程与加密部分是一样的，只有所使用的函数均为加密部分的逆函数：
1、逆字节替代变换InvSubBytes（）：使用了与加密过程互逆的S盒，置换过程与加密是相同。例如，值为32h的字节将被置换为S盒中第3行、第2列的值，即被置换为a1h，与加密置换前的原值相同。
2、逆移行变换InvShiftRows（）：对状态数组的每一行进行循环右移操作，循环右移的为数取决于行号，与加密时循环左移的为数相同。
3、逆混列变换InvMixColumns（）：逆混列变换的过程与混列变换的过程是一样的，只有使用的列混合矩阵是与加密不同的，两个矩阵互逆。