基于AES的软件加密解密的设计与实现
2022-06-09
唐高阳1 孙世坤2
（1.沈阳理工大学理学院，辽宁 沈阳 110168；2.朝阳县蒙古族中学，辽宁 朝阳 122000）
【摘 要】随着计算机的普及以及重视知识产权保护，使得软件加密技术蓬勃兴起，AES算法正取代DES算法成为使用广泛的新标准。介绍了如何运用AES算法对文档进行加密和解密，并给出了一个基于Visual C++ 2010开发平台和AES算法的实例。
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关键词 软件加密；AES算法；S盒
作者简介：唐高阳（1971—），男，沈阳人，硕士，讲师，研究方向为智能优化算法、软件工程。
孙世坤（1968—），男，朝阳人，本科，中学高级，研究方向为中学数学教育。
1 AES算法基本原理
AES(Advanced Encryption Standard,高级加密标准)是一个对称分组算法，用来取代DES算法，从而成为使用广泛的新标准。选用Rijndael算法来作为AES，Rijndael是比利时的两位密码学家Daemen和Rijmen共同设计的。Rijndael算法是具有分组长度和密钥长度均可变的分组算法。密钥长度和分组长度可以独立地指定为128位、192位或是256位。
Feistel结构是数据分组中的一半被用来修改数据分组中另外一半，然后交换这两部分，AES算法不是Feistel结构的算法。AES定义了一个S盒，它是由16×16个字节组成的矩阵，包含了8位值所能表达的256种可能的变换。
1.1 字节代换
AES中输入分组是用以字节为单位的正方形矩阵来描述的，该分组被复制到State数组，这个数组在加密或解密的每个阶段都会被改变，运算完最后的轮密钥加变换后，State被复制到输出矩阵中。字节代换是一个简单的查表操作，用State数组中的每个字节的高4位作为行值，低4位作为列值，然后取S盒中对应行列的元素作为输出，最后把State数组的该字节用输出的这个元素替换。例如，十六进制值19，所对应的S盒的行值是1，列值是9，S盒中在此位置的值是D4，然后用D4替换19。
1.2 行位移
行位移是这样来实现的，State的第一行保持不变，第二行循环左移1个字节，第三行循环左移2个字节，第四行循环左移3个字节 。
1.3 列混淆
列混淆是对每列独立地进行操作。列混淆变换是这样进行的，把经行位移变换操作后的State数组的一列取出来，然后与一个4×4的矩阵进行与操作，把得到的结果覆盖取出来的那一列，依次类推，处理完4列以后就完成了列混淆变换。
1.4 轮密钥加
轮密钥加变换就是把经过列混淆得到的State与密钥进行异或运算，也就是State的第1列与密钥的第1列进行异或运算，运算结果替换State的第1列，后面的几列以此方法类推。
2 实现过程
2.1 定义类CASE作为AES算法的实现类
2.2 在CAES类中实现SetKeys方法，该方法用于指定密钥及轮密钥加运算的次数
4 结束语
在商业企业的计算机中往往存在大量的机密文件，这些机密文件对企业的发展将会产生不可估量的作用。如果这些机密文件保管不善，将会使企业遭受巨大的损失。AES是一个新的可以用于保护电子数据并被广泛使用的加密算法。
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参考文献
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［责任编辑：汤静］