AES 有哪些模塊組成

AES結構由以下4個不同模塊組成：

• 字節代替：使用一個表(被稱為S盒)對分組進行逐一字節替換。S盒是AES算法定義的矩陣，把State中每個字節的高4位作為行值，低4位作為列值，然后取出S一盒中對應行列的元素作為輸出。這個步驟提供了AES算法加密的非線性變換能力。S盒與有限域乘法逆元有關，具有良好的非線性特性。為了避免簡單代數攻擊，S盒結合了乘法逆元及可逆的仿射變換矩陣建構而成。

• 行移位：行移位變換完成基于行的循環移位操作，變換方法為第0行不變，第1行循環左移1個字節，第2行循環左移兩個字節，第3行循環左移3個字節，代碼如下；

int a[4][4] = {
    {0x87, 0xF2, 0x4D, 0x97},
    {0xEC, 0x6E, 0x4C, 0x90},
    {0x4A, 0xC3, 0x46, 0xE7},
    {0x8C, 0xD8, 0x95, 0xA6}
};
int b[4][4];//行移位后的矩陣

int main() {
    //行移位
    for(int i=0;i<=3;i++)
        for(int j=0;j<=3;j++)
            b[i][j] = a[i][(i+j)%4];
    for(int i=0;i<=3;i++) {
        for(int j=0;j<=3;j++) {
            cout<<hex<<b[i][j]<<" ";
        }
        cout<<endl;
    }
}

• 列混淆：一般是將兩個不同的矩陣相乘來實現列混淆，代碼如下；

int mul_mat(int x,int y) {
    if(x == 0x01) {
        return y;
    }
    else if(x == 0x02) {
        if((y&128) != 128) { //二進制首位為0
            return y<<1;
        }
        else {
            int temp = ((y<<1)&((1<<8)-1)); //向左移一位，刪掉最高位(保留8位)
            return temp^(0x1b);
        }
    }
    else if(x == 0x03) {
        return mul_mat(0x02,y)^y;
    }
}

• 輪密鑰加：用輪密鑰矩陣的第 i 列，與上面得到的列混淆矩陣的第 i 列進行異或運算，得到最后的矩陣就是輪密鑰加，代碼如下。

for(int i=0;i<=3;i++) {
        for(int j=0;j<=3;j++) {
            res[j][i] = resMix[j][i] ^ round_key[j][i];
        }
    }

回答所涉及的環境：聯想天逸510S、Windows 10。