AES是作为DES的替代标准出现的,全称Advanced Encryption Standard,即:高级加密标准。
AES明文分组长度为128位,即16个字节,密钥长度可以为16个字节、24个字节、或32个字节,即128位密钥、192位密钥、或256位密钥。

第1轮之前有一次AddRoundKey,即轮密钥加,可以视为第0轮;之后1至N-1轮,执行SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey;最后一轮仅包括:SubBytes、MixColumns、AddRoundKey。

AES中没有使用Feistel网络,其结构称为SPN结构。

 

区块链背后的信息安全(1)AES加密算法原理及其GO语言实现_区块链

 

其中前Nk个字作为种子密钥,由初始密钥填充。以16字节初始密钥为例,前4个字,由初始密钥填充。
区块链背后的信息安全(1)AES加密算法原理及其GO语言实现_区块链_02

    var i int
        //其中前Nk个字作为种子密钥,由初始密钥填充
    }
        if i%nk == 0 {
        } else if nk > 6 && i%nk == 4 {
        //之后的每个字,W[i]等于前边一个字W[i-1]与Nk个字之前的字W[i-Nk]异或
    if dec == nil {
    n := len(enc)
        for j := 0; j < 4; j++ {
                x = td0[sbox0[x>>24]] ^ td1[sbox0[x>>16&0xff]] ^ td2[sbox0[x>>8&0xff]] ^ td3[sbox0[x&0xff]]
        }
//代码位置src/crypto/aes/block.go
如下将展开介绍每轮中的4个步骤:字节代替、行移位、列混淆和轮密钥加。

AES输入的16个字节,每个字节按上述方式映射为新的字节,即字节代替。

var sbox0 = [256]byte{
    0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
    0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
    0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
    0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
    0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
    0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,
    0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,
    0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,
    0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,
    0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,
    0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d,
```

逆向行移位为后3行做行移位的反向操作,如第2行循环右移1个字节,其他行类似处理。

## 列混淆MixColumns

区块链背后的信息安全(1)AES加密算法原理及其GO语言实现_区块链_03

## 轮密钥加AddRoundKey

go标准库中AES算法加密、解密实现代码如下:

func newCipherGeneric(key []byte) (cipher.Block, error) {
    //密钥扩展
}

//xk即子密钥组
    s1 = uint32(src[4])<<24 | uint32(src[5])<<16 | uint32(src[6])<<8 | uint32(src[7])
    s1 ^= xk[1]
    //-2位去除开头和结尾轮
    k := 4
        t0 = xk[k+0] ^ te0[uint8(s0>>24)] ^ te1[uint8(s1>>16)] ^ te2[uint8(s2>>8)] ^ te3[uint8(s3)]
        t3 = xk[k+3] ^ te0[uint8(s3>>24)] ^ te1[uint8(s0>>16)] ^ te2[uint8(s1>>8)] ^ te3[uint8(s2)]
    }

    //此处为字节代替和行移位
    s2 = uint32(sbox0[t2>>24])<<24 | uint32(sbox0[t3>>16&0xff])<<16 | uint32(sbox0[t0>>8&0xff])<<8 | uint32(sbox0[t1&0xff])
    //轮密钥加
    s2 ^= xk[k+2]
    //输出
    dst[8], dst[9], dst[10], dst[11] = byte(s2>>24), byte(s2>>16), byte(s2>>8), byte(s2)
func decryptBlockGo(xk []uint32, dst, src []byte) {
    //按4x4矩阵排列
    s2 = uint32(src[8])<<24 | uint32(src[9])<<16 | uint32(src[10])<<8 | uint32(src[11])
    //第1次轮密钥加
    s2 ^= xk[2]
    //nr为中间重复轮数
    nr := len(xk)/4 - 2
    for r := 0; r < nr; r++ {
        t1 = xk[k+1] ^ td0[uint8(s1>>24)] ^ td1[uint8(s0>>16)] ^ td2[uint8(s3>>8)] ^ td3[uint8(s2)]
        k += 4
    s0 = uint32(sbox1[t0>>24])<<24 | uint32(sbox1[t3>>16&0xff])<<16 | uint32(sbox1[t2>>8&0xff])<<8 | uint32(sbox1[t1&0xff])
    s3 = uint32(sbox1[t3>>24])<<24 | uint32(sbox1[t2>>16&0xff])<<16 | uint32(sbox1[t1>>8&0xff])<<8 | uint32(sbox1[t0&0xff])

    s0 ^= xk[k+0]
    s3 ^= xk[k+3]

    dst[0], dst[1], dst[2], dst[3] = byte(s0>>24), byte(s0>>16), byte(s0>>8), byte(s0)
    dst[12], dst[13], dst[14], dst[15] = byte(s3>>24), byte(s3>>16), byte(s3>>8), byte(s3)
```