AES加密流程_全国大学生集成电路创新创业大赛_RISC-V论坛讨论

【分享】 AES加密流程

报名编号：CICC2353

称团队名：不划水队

所选杯赛：芯来RISC-V杯

AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，它是当前最常用的加密标准之一。AES是一种可靠、高效和安全的加密技术，被广泛应用于网络安全、移动设备和云计算等领域。

在1997年，美国国家标准技术研究院（NIST）发起了一个密码竞赛，以寻求一种新的高级加密标准来替代DES加密算法。经过多轮的评选和筛选，Rijndael算法成为最终的胜者，并在2001年正式成为AES加密标准。
AES加密算法共有三种不同的密钥长度：AES-128，AES-192和AES-256。它们分别采用128位、192位和256位的密钥长度。

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AES算法包含多轮加密处理，每轮（round）由四个基本操作组成：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。这些操作的组合使得AES具有较高的安全性。

AES算法的加密流程可以概括为以下几个步骤：
密钥扩展（Key Expansion）：AES算法中使用的密钥长度可以是128位、192位或256位。在密钥扩展阶段，根据不同密钥长度生成一系列轮密钥，这些轮密钥将在后续的加密和解密过程中使用。

初始轮（Initial Round）：在初始轮中，将待加密数据与第一个轮密钥进行异或运算。这一步骤有助于消除数据的模式和统计特性，增强加密的随机性。
字节替代：通过查找S盒（Substitution Box）中的值来替代输入数据的每个字节。S盒是一个由固定字节值组成的查找表，用于替代输入数据中的字节值，增加了加密算法的复杂性。
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行移位：按照特定规则将每一行向左循环移位。这个操作保证了每个字节的位置发生了变化，增加了数据的混淆度。

列混淆：通过一系列乘法和加法运算，将每一列进行混淆。这个操作引入了数据的纠缠效应，增加了加密算法的强度。
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轮密钥加：将当前轮的轮密钥与经过字节替代、行移位和列混淆处理后的数据进行异或运算。这一步骤引入了密钥的影响，增加了数据的随机性。

最终轮（Final Round）：最终轮是在上述轮操作之后进行的一轮特殊操作，不包含列混淆操作。在最终轮中，执行字节替代、行移位和轮密钥加操作。
除此之外，AES每轮的加密密钥都是由初始密钥（128/192/256）扩展而来，对于AES-128，加密轮数为10轮，需要扩展44个128bit密钥。密钥扩展算法如下：
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其中Nk代表加密轮数。
经过多轮的加密处理后，最终得到的加密数据即为AES加密后的结果。对于解密过程，只需要将相应的解密密钥应用于加密数据，按照相反的步骤进行操作，即可还原出原始的明文数据。