密码学课程设计报告论文.doc

密码学
课程设计报告

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目录
1 古典密码算法—凯撒密码4
1.1凯撒密码概述4
1.2算法原理及设计思想4
1.3主要算法分析4
1.4程序运行结果4
1.5密码安全性分析5
2 序列密码—RC45
2.1 RC4算法概述5
2.2 算法原理及设计思想5
2.3 程序主要算法分析6
2.4 程序运行结果7
2.5 算法分析7
3 分组密码算法8
3.1 DES加解密算法的实现8
3.1.1 DES算法概述8
3.1.2 算法原理及设计思想8
3.1.3 程序主要算法分析11
3.1.4 程序运行结果13
3.1.5 安全性分析14
3.2 AES加解密算法的实现14
3.2.1 AES算法概述15
3.2.2 算法原理及设计思想15
3.2.3 程序主要算法分析17
3.2.4 程序运行结果22
3.2.5 安全性分析22
4 HASH函数—MD5算法23
4.1 算法概述23
4.2 算法原理及设计思想23
4.3 程序主要算法分析26
4.4 程序运行结果28
4.5 安全性分析28

5 公钥密码算法---RSA29
5.1 算法概述29
5.2算法原理及设计思想29
5.2.1 算法描述—密钥生成29
5.2.2 算法描述—加密、解密29
5.2.3 原理29
5.3程序主要算法分析30
5.4程序运行结果31
5.5安全性分析31
6 设计体会32

一、 古典密码算法---凯撒密码
1.1凯撒密码概述
凯撒密码作为一种最为古老的对称加密体制，在古罗马的时候都已经很流行，他的基本思想是：通过把字母移动一定的位数来实现加密和解密。例如，如果密钥是把明文字母的位数向后移动三位，那么明文字母B就变成了密文的E，依次类推，X将变成A，Y变成B，Z变成C，由此可见，位数就是凯撒密码加密和解密的密钥。　
它是一种代换密码。据说凯撒是率先使用加密函的古代将领之一，因此这种加密方法被称为凯撒密码。
　 在密码学中凯撒密码（或称凯撒加密、凯撒变换、变换加密）是一种最简单且最广为人知的加密技术。它是一种替换加密的技术，明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文。例如，当偏移量是3的时候，所有的字母A将被替换成D，B变成E，以此类推。这个加密方法是以凯撒的名字命名的，当年凯撒曾用此方法与其将军们进行联系。凯撒密码通常被作为其他更复杂的加密方法中的一个步骤，例如维吉尼亚密码。凯撒密码还在现代的ROT13系统中被应用。但是和所有的利用字母表进行替换的加密技术一样，凯撒密码非常容易被破解，而且在实际应用中也无法保证通信安全。
1.2算法原理及设计思想
它是一种替代密码，通过将字母按顺序推后起3位起到加密作用，如将字母A换作字母D，将字母B换作字母E。因据说恺撒是率先使用加密函的古代将领之一，因此这种加密方法被称为恺撒密码。这是一种简单的加密方法，这种密码的密度是很低的，只需简单地统计字频就可以破译。现今又叫“移位密码”，只不过移动的为数不一定是3位而已。
密码术可以大致别分为两种，即易位和替换，当然也有两者结合的更复杂的方法。在易位中字母不变，位置改变；替换中字母改变，位置不变。
凯撒密码表就是用D代a，用E代b，……，用z代w，（注意！）用A带x，用B代y，C代z。这些代替规则也可用一张表格来表示（所以叫“密表”）。
1.3主要算法分析
//密码表的定义
char a[26];
for(int i=0;i<26;i++) a[i]=char(65+i);
//明文转化为凯撒密码
for(int h=0;h<strlen(s);h++)
g[h]=int(s[h]);
l=((g[h]-65)+key)%26;
//凯撒密码转化为明文
for(int v=0;v<strlen(q);v++)
e[v]=int(q[v]);
b=((e[v]-65)-key1+26)%26;
1.4程序运行结果

1.5密码安全性分析
凯撒密码是没有密钥的，即使没有密钥也能将它破解出来，因为凯撒移位密码只有25种密钥，最多就是将这25种可能性挨个检测一下可以了，这就是我们所说的暴力破解法。也可在用软件破解，不过我提倡用人工的。
推理的方法：
1、对于有空格的凯撒移位，单字母A和I是突破口，这无异相当于告诉了移动的位数，这样很容易就被破解了。所以，如果我们要用凯撒密码的话一定要去掉空格加大破解难。
2、差数法
　　有空格时，而又没有单字母A和I时，这种方法很，如果我们令A=1,B=2,C=3......就是每个字母是字母的第几个，经过移位后的单词，每两相邻的字母之间的差值不变的。如the的差值为12,3（在这里我是用后面的一个字母减前面的一个字母，当然你也可以用后面的一个字母减前面的一个字母），移动后两个相邻字母的差值也将会是1，2，3。对于没有空格的恺撒破解起来就比有空格的难一些，对于没有空格的我们还要对密文进行分析，找出重复出现的字母串，然后对字母串进行猜测，例，如果有3个字母串，出现的次数比较高，我们就可以假设它为the因为3个字母串出现次最多的就是the，当然这不是一成不变的，这时应该就被破解了。
二、 序列密码—RC4
2.1 RC4算法概述
RC4加密算法是大名鼎鼎的RSA三人组中的头号人物Ron Rivest在1987年设计的密钥长度可变的流加密算法簇。之所以称其为簇，是由于其核心部分的S-box长度可为任意，但一般为256字节。该算法的速度可以达到DES加密的10倍左右。RC4算法是一种在电子信息领域加密的技术手段，用于无线通信网络，是一种电子密码，只有经过授权（缴纳相应费用）的用户才能享受该服务。RC4算法的原理很简单，包括初始化算法和伪随机子密码生成算法两大部分。
2.2算法原理及设计思想
RC4流密码是一种可变密钥长度、面向字节操作流密码。以随机置换为基础。广泛的用于SSL/TLS标准当中。
RC4算法可以分为两个部分，第一是依据种子密钥，利用密钥调度算法对数据表S进行重新排列，第二部分是利用伪随机数生成算法，从已重新排列的数据表S中取出一个字节。每取出一个字节，数据表S将发生变化。
RC4描述起来也很简单：用从1到256个字节(8-2048比特)的可变长度密钥初始化一个256字节的状态向量S，S的元素标记为S[0],S[1],…，S[255]，从始至终置换后的S包含从0-255的所有8比特数。对于加密和解密，字节K由S中255个元素按照一定的方式选出一个元素生成。每生成一个K值，S中元素的个体就被重新置换一次。
2.3 程序主要算法分析
初始化S
开始时，S中的值被置为按升序0-255，即S[0]=0，S[1]=1,…,S[255]=255。同时建立一个临时变量T。如果密钥K的长度为256字节，则将K赋给T。否则若密钥长度为keylen字节，则将K的值赋给T的前keylen个元素，并循环重复用K的值赋给T剩下的元素，直到T的所有元素被赋值。
然后用T产生的S初始置换，从S[0]到S[255]，对每个S[i]，根据T[i]确定的方案，将S[i]置换为S中的另一字节。因为对S的操作仅仅为交换，所以唯一的改变就是置换。S仍然包含所有值0-255的元素。
void rc4_setup(struct rc4_state *s, unsigned char *key, int length)
{
int i, j, k, *m, a;
s->x = 0;
s->y = 0;
m = s->m;
for(i = 0; i < 256; i++)
{
m[i] = i;
}
j = k = 0;
for(i = 0; i < 256; i++)
{
a = m[i];
j = (unsigned char)(j + a + key[k]);
m[i] = m[j]; m[j] = a;
if(++k >= length) k = 0;
}
}
密钥流的生成
向量S一旦初始化完成，输入密钥就不再被使用。密钥流的生成是从S[0]到S[255]，对每个S[i]，根据当前S的值，将S[i]与S中的另一字节置换。当S[255]完成置换后，操作继续重复从S[0]开始。
加密中，将k的值与下一明文字节异或；解密中，将k的值与下一密文字节异或。
void rc4_crypt(struct rc4_state *s, unsigned char *data, int length)
{
int i, x, y, *m, a, b;
x = s->x;
y = s->y;
m = s->m;
for(i = 0; i < length; i++)
{
x = (unsigned char)(x + 1); a = m[x];
y = (unsigned char)(y + a);
m[x] = b = m[y];
m[y] = a;
data[i] ^= m[(unsigned char)( a + b )];
}
s->x = x;
s->y = y;
}
2.4程序运行结果

2.5算法分析
RC4算法的优点是：算法简单、高效，特别适合软件实现，RC4是目前应用最广的商密级序列密码，目前被用于SSL/TLS标准中。
由于RC4算法加密是采用的xor，所以，一旦子密钥序列出现了重复，密文就有可能被破解。那么，RC4算法生成的子密钥序列是否会出现重复呢？经过我的测试，存在部分弱密钥，使得子密钥序列在不到100万字节内就发生了完全的重复，如果是部分重复，则可能在不到10万字节内就能发生重复，因此，推荐在使用RC4算法时，必须对加密密钥进行测试，判断其是否为弱密钥。
但在2001年就有以色列科学家指出RC4加密算法存在着漏洞，这可能对无线通信网络的安全构成威胁。
　以色列魏茨曼研究所和美国思科公司的研究者发现，在使用“有线等效保密规则”（WEP）的无线网络中，在特定情况下，人们可以逆转RC4算法的加密过程，获取密钥，从而将己加密的信息解密。实现这一过程并不复杂，只需要使用一台个人电脑对加密的数据进行分析，经过几个小时的时间就可以破译出信息的全部内容。
　专家说，这并不表示所有使用RC4算法的软件都容易泄密，但它意味着RC4算法并不像人们原先认为的那样安全。这一发现可能促使人们重新设计无线通信网络，并且使用新的加密算法。
三、 分组密码
3.1 DES加解密算法的实现
3.1.1 DES加解密算法概述
1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES Data Encryption Standard）。DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。
DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。
DES是一个分组密码算法，它使用56位的密钥，以64位为单位对数据分组进行加密解密（密文和明文的分组长度相同，均为64位），DES加密与解密使用同一密钥，DES的保密性依赖于密钥。
DES的加密过程可简单描述为三个阶段：

3.1.2算法原理及设计思想
DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位,其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0 、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则见下表：
58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,
62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,
57,49,41,33,25,17, 9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,
61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,
即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，……，依此类推，最后一位是原来的第7位。 L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0 是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3……D64，则经过初始置换后的结果为：L0=D550……D8；R0=D57D49...D7。
经过26次迭代运算后，得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算，例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示：
40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,
38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,
36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,
34,2,42,10,50,18,58 26,33,1,41, 9,49,17,57,25,
放大换位表
32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 10,11,
12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21,
22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32, 1,
单纯换位表
16,7,20,21,29,12,28,17, 1,15,23,26, 5,18,31,10,
2,8,24,14,32,27, 3, 9,19,13,30, 6,22,11, 4,25,
在f(Ri,Ki)算法描述图中，S1,S2...S8为选择函数，其功能是把6bit数据变为4bit数据。下面给出选择函数Si(i=1,2......8)的功能表：
选择函数Si
S1:
14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,
0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,
4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,
15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13,
S2:
15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,
3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,
0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,
13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,
S3:
10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,
13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,
13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,
1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12,
S4:
7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15,
13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9,
10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4,
3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14,
S5:
2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9,
14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6,
4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,
11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3,
S6:
12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11,
10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8,
9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6,
4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13,
S7:
4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1,
13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6,
1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2,
6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12,
S8:
13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7,
1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2,
7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8,
2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11,

加密流程图如下所示：

密钥生成过程
1、子密钥Ki(48bit)的生成算法
初始Key值为64位，但DES算法规定，其中第8、16、......64位是奇偶校验位，不参与DES运算。故Key 实际可用位数便只有56位。即：经过缩小选择换位表1的变换后，Key 的位数由64 位变成了56位，此56位分为C0、D0两部分，各28位，然后分别进行第1次循环左移，得到C1、D1，将C1（28位）、D1（28位）合并得到56位，再经过缩小选择换位2，从而便得到了密钥K0（48位）。依此类推，便可得到K1、K2、......、K15，不过需要注意的是，16次循环左移对应的左移位数要依据下述规则进行：
循环左移位数1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
以上介绍了DES算法的加密过程。 DES算法的解密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用子密钥K15，第二次K14、……，最后一次用K0，算法本身并没有任何变化。

密钥生成过程流程图如下所示：

3.1.3程序主要算法分析
（1）S盒功能通过下列函数来实现，将48位的输入转换成32位的输出如下所示：
void S_func(bool Out[32],const bool In[48])//将48位转换成32位
{
int j,m,n;
//膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。
for(j=0;j<8;j++,In+=6,Out+=4)
{
m = (In[0]*2)+In[5];
n = (In[1]*8)+(In[2]*4)+(In[3]*2)+In[4];
ByteToBit(Out,&SBox[j][m][n],4);
}
}
（2）函数F包括扩展置换，与子密钥异或，S盒变换及P盒变换，输入为32位，产生48位的中间结果，并最终产生32比特的输出
void F_func(bool In[32],const bool Ki[48])
{
static bool MR[48];
Transform(MR,In,EC,48);
Xor(MR, Ki, 48);
//膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。各组经过各自的S盒后，又变为4比特，合并后又成为32比特。
S_func(In, MR);
//该32比特经过P变换后，输出的比特串才是32比特的
f(Ri-1,Ki)
Transform(In, In, PP, 32);
}
（3）下面为子密钥生成函数，输入的种子密钥首先经过PC-1置换，将奇偶校验位删除，且剩余的56位密钥打乱重排然后再生成子密钥，具体过程如下所示：
void SetKey(char key[8])//生成子密钥
{
int i;
static bool K[64], *KL = &K[0], *KR = &K[28];
ByteToBit(K,key,64); //转换为二进制
Transform(K,K,EP1,56); //64比特的密钥K，经过EP1后，生成56比特的串。
//生成16个子密钥
for(i=0;i<16;i++)
{
//循环左移，合并
RotateL(KL,28,LOOP[i]);
RotateL(KR,28,LOOP[i]);
Transform(SubKey[i],K,EP2,48);
}
}
（4）下面为加密函数：
void CDES::Encryption(char out[8],char In[8])//加密函数
{
ByteToBit(M,In,64); //转换为二进制
Transform(M,M,IP,64);
for(int i=0;i<16;i++)
{
memcpy(tmp,Ri,32);
F_func(Ri,SubKey[i]);
Xor(Ri,Li,32);//将所得结果与明文的左32位进行异或
memcpy(Li,tmp,32);//将明文的左右32位交换
}
Transform(M, M, LP, 64);

BitToByte(out, M, 64);
// return(out);
}
（5）下面为解密函数，实际上是加密的一个逆运算：
void CDES::Decryption(char out[8],char In[8])//解密函数(加密的逆过程)
{
ByteToBit(M,In,64); //转换为二进制
Transform(M,M,IP,64);
for(int i=15;i>=0;i--)
{
memcpy(tmp,Li,32);
F_func(Li,SubKey[i]);
Xor(Li,Ri,32);
memcpy(Ri,tmp,32);
}
Transform(M, M, LP, 64);
BitToByte(out, M, 64);
// return(out);
}
3.1.4程序的运行结果为：

程序总的流程图如下所示：

3.1.5安全性分析
对DES安全性的主要争论：
（1）、对DES的S盒、迭代次数、密钥长度等设计准则的争议
（2）、DES存在着一些弱密钥和半弱密钥
（3）、DES的56位密钥无法抵抗穷举工具
对于DES算法可以利用互补性、弱密钥和半弱密钥、密钥搜索、差分分析和线性分析等方式进行攻击。对于DES密码也可使用穷举密钥攻击,n=256≈7×106,即使使用每秒种可以计算一百万个密钥的大型计算机,也需要算106天才能求得所使用的密钥,因此看来是很安全的。但是密码专家Diffie和Hellman指出,如果设计一种一微秒可以核算一个密钥的超大规模集成片,那么它在一天内可以核算8.64×1010个密钥。如果由一个百万个这样的集成片构成专用机,他们当时估计:这种专用机的造价约为两千万美元。在五年内分期偿还,平均每天约需付一万美元。由于用穷举法破译平均只需要计算半个密钥空间,因此获得解的平均时间为半天。为保证DES的安全性，又出现了2DES，三重DES等。
3.2 AES加解密算法的实现

3.2.1 AES算法概述
AES加密算法即密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院 （NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。
AES的基本要求是，采用对称分组密码体制，密钥长度的最少支持为128、192、256，分组长度128位，AES加密数据块大小最大是256bit，但是密钥大小在理论上没有上限。AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：1、密钥扩展（KeyExpansion），2、初始轮（Initial Round），3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。
3.2.2算法原理及设计思想
AES 算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将一个数据单元替换为另一个。AES 使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。
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和替换输入数据。
（1）首先将明文以字节为单位进行处理，以128位分组、128位的密钥为例。先将明文按字节分成列组，将明文的前四字节组成一列，接下来的4个字节组成第二列，后面的字节依次组成第三列和第四列，则组成了一个4乘4的矩阵。
（2）AES也是由基本的变换单位“轮”多次迭代而成的。AES的轮变换由四个不同的变换组成：
1） 字节代替变换
非线性的字节替代，单独处理每个字节：
求该字节在有限域GF(28)上的乘法逆，"0"被映射为自身，即对于α∈GF(28)，求β∈GF(28)，
使得α·β=β·α=1mod(x8+x4+x2+x+1)。
对上一步求得的乘法逆作仿射变换
yi=xi + x(i+4)mod8 + x(i+6)mod8 + x(i+7)mod8 + ci
(其中ci是6310即011000112的第i位）
2) 行移位变换
行移位变换完成基于行的循环位移操作，变换方法： 

即行移位变换作用于行上，第0行不变，第1行循环左移1个字节，第2行循环左移2个字节，第3行循环左移3个字节。
3） 列混合变换（最后一轮中没有）
逐列混合，方法：
b(x) = (03·x3 + 01·x2 + 01·x + 02) · a(x) mod(x4 + 1)

矩阵表示形式：

4） 与子密钥异或
只是简单的将密钥按位异或到一个状态上。每轮加密密钥按顺序取自扩展密钥，扩展密钥是由初始密钥扩展而成。
密钥扩展
AES密钥扩展算法输入值是4字(16字节)，输出值是一个44字(176字节)的一维线性数组，为初始轮密钥加阶段和其他10轮中的每一轮提供4字的轮秘密钥，输入密钥直接被复制到扩展密钥数组的前四个字，然后每次用四个字填充扩展密钥数组余下的部分
3.2.3程序主要算法分析
（1） 程序编写的过程中严格按照AES算法的执行过程，将用到的参数及函数封装在AES类中，再进行调用，如下所示：
class AES
{
public:
AES(unsigned char* key);
virtual ~AES();
unsigned char* Cipher(unsigned char* input);
unsigned char* InvCipher(unsigned char* input);
void* Cipher(void* input, int length=0);
void* InvCipher(void* input, int length);
private:
unsigned char Sbox[256];
unsigned char InvSbox[256];
unsigned char w[11][4][4];
void KeyExpansion(unsigned char* key, unsigned char w[][4][4]);
unsigned char FFmul(unsigned char a, unsigned char b);
void SubBytes(unsigned char state[][4]);
void ShiftRows(unsigned char state[][4]);
void MixColumns(unsigned char state[][4]);
void AddRoundKey(unsigned char state[][4], unsigned char k[][4]);
void InvSubBytes(unsigned char state[][4]);
void InvShiftRows(unsigned char state[][4]);
void InvMixColumns(unsigned char state[][4]);
};
（2）先将输入的明文按列序组合成4*4的矩阵，直接与第0组密钥（即输入的密钥）相加（异或），作为轮加密的输入
然后循环10次进行SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey运算，最后恢复原序列
（3）需要注意的是最后一轮并不进行MixColumns（列混淆变换）加密过程函数Cipher,它只有一个参数，为输入的明文，函数的返回值为加密之后的密文，解密过程与加密过程类似。
unsigned char* AES::Cipher(unsigned char* input)
{
unsigned char state[4][4];
int i,r,c;
//将明文按字节分成列组
for(r=0; r<4; r++)
{
for(c=0; c<4 ;c++)
{
state[r][c] = input[c*4+r];
}
}
AddRoundKey(state,w[0]);
for(i=1; i<=10; i++)
{
SubBytes(state);//字节代替
ShiftRows(state);//行移位
if(i!=10)MixColumns(state);//列混合（最后一轮除外）
AddRoundKey(state,w[i]);//与子密钥异或
}
for(r=0; r<4; r++)
{
for(c=0; c<4 ;c++)
{
input[c*4+r] = state[r][c];
}
}
return input;
}
（4）下面是每一轮变换中的四个小变换的实现函数如下：
//字节代替，通过SBox表来实现的；
void AES::SubBytes(unsigned char state[][4])
{
int r,c;
for(r=0; r<4; r++)
{
for(c=0; c<4; c++)
{
state[r][c] = Sbox[state[r][c]];
}
}
}
//行移位作用于行上，第0行不变，第1行循环左移1个字节，第2行循环左移2个字节，第3行循环左移3个字节。
void AES::ShiftRows(unsigned char state[][4])
{
unsigned char t[4];
int r,c;
for(r=1; r<4; r++)
{
for(c=0; c<4; c++)
{
t[c] = state[r][(c+r)%4];
}
for(c=0; c<4; c++)
{
state[r][c] = t[c];
}
}
}
//列混合 FFmul为有限域GF(28)上的乘法，标准算法应该是循环8次（b与a的每一位相乘，结果相加），但这里只用到最低2位，解密时用到的逆列混淆也只用了低4位，所以在这里高4位的运算是多余的，只计算低4位。
void AES::MixColumns(unsigned char state[][4])
{
unsigned char t[4];
int r,c;
for(c=0; c< 4; c++)
{
for(r=0; r<4; r++)
{
t[r] = state[r][c];
}
for(r=0; r<4; r++)
{
state[r][c] = FFmul(0x02, t[r])
^ FFmul(0x03, t[(r+1)%4])
^ FFmul(0x01, t[(r+2)%4])
^ FFmul(0x01, t[(r+3)%4]);
}
}
}
//与子密钥异或
void AES::AddRoundKey(unsigned char state[][4], unsigned char k[][4])
{
int r,c;
for(c=0; c<4; c++)
{
for(r=0; r<4; r++)
{
state[r][c] ^= k[r][c];//异或运算
}
}
}
//密钥扩展

//将前一列即第n-1组第三列的四个字节循环左移1个字节，并对每个字节进行字节代替变换SubBytes,将第一行(即第一个字节)与轮常量rc[n]相加，最后再与前一组该列相加
void AES::KeyExpansion(unsigned char* key, unsigned char w[][4][4])
{
Int i,j,r,c;
unsigned char rc[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36};
for(r=0; r<4; r++)
{
for(c=0; c<4; c++)
{
w[0][r][c] = key[r+c*4];
}
}
for(i=1; i<=10; i++)
{
for(j=0; j<4; j++)
{
unsigned char t[4];
for(r=0; r<4; r++)
{
t[r] = j ? w[