AES加密算法的原理詳解與實(shí)現(xiàn)分析

更新時(shí)間：2020年08月18日 08:31:14 作者：TimeShatter

這篇文章主要介紹了高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES,Advanced Encryption Standard)為最常見的對(duì)稱加密算法(微信小程序加密傳輸就是用這個(gè)加密算法的)。對(duì)稱加密算法也就是加密和解密用相同的密鑰,需要的朋友可以參考下

AES簡介

高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES,Advanced Encryption Standard)為最常見的對(duì)稱加密算法(微信小程序加密傳輸就是用這個(gè)加密算法的)。對(duì)稱加密算法也就是加密和解密用相同的密鑰，具體的加密流程如下圖：

密碼學(xué)中的高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（Advanced Encryption Standard，AES），又稱Rijndael加密法，是美國聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)。

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用來替代原先的DES（Data Encryption Standard），已經(jīng)被多方分析且廣為全世界所使用。經(jīng)過五年的甄選流程，高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）于2001年11月26日發(fā)布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成為有效的標(biāo)準(zhǔn)。2006年，高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)已然成為對(duì)稱密鑰加密中最流行的算法之一。

該算法為比利時(shí)密碼學(xué)家Joan Daemen和Vincent Rijmen所設(shè)計(jì)，結(jié)合兩位作者的名字，以Rijdael之名命之，投稿高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)的甄選流程。（Rijdael的發(fā)音近于 "Rhine doll"。）

下面簡單介紹下各個(gè)部分的作用與意義：

明文P

沒有經(jīng)過加密的數(shù)據(jù)。

密鑰K

用來加密明文的密碼，在對(duì)稱加密算法中，加密與解密的密鑰是相同的。密鑰為接收方與發(fā)送方協(xié)商產(chǎn)生，但不可以直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，否則會(huì)導(dǎo)致密鑰泄漏，通常是通過非對(duì)稱加密算法加密密鑰，然后再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給對(duì)方，或者直接面對(duì)面商量密鑰。密鑰是絕對(duì)不可以泄漏的，否則會(huì)被攻擊者還原密文，竊取機(jī)密數(shù)據(jù)。

AES加密函數(shù)

設(shè)AES加密函數(shù)為E，則 C = E(K, P),其中P為明文，K為密鑰，C為密文。也就是說，把明文P和密鑰K作為加密函數(shù)的參數(shù)輸入，則加密函數(shù)E會(huì)輸出密文C。

密文C

經(jīng)加密函數(shù)處理后的數(shù)據(jù)

AES解密函數(shù)

設(shè)AES解密函數(shù)為D，則 P = D(K, C),其中C為密文，K為密鑰，P為明文。也就是說，把密文C和密鑰K作為解密函數(shù)的參數(shù)輸入，則解密函數(shù)會(huì)輸出明文P。

在這里簡單介紹下對(duì)稱加密算法與非對(duì)稱加密算法的區(qū)別。

對(duì)稱加密算法

加密和解密用到的密鑰是相同的，這種加密方式加密速度非?？?，適合經(jīng)常發(fā)送數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是密鑰的傳輸比較麻煩。

非對(duì)稱加密算法

加密和解密用的密鑰是不同的，這種加密方式是用數(shù)學(xué)上的難解問題構(gòu)造的，通常加密解密的速度比較慢，適合偶爾發(fā)送數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)是密鑰傳輸方便。常見的非對(duì)稱加密算法為RSA、ECC和EIGamal。

實(shí)際中，一般是通過RSA加密AES的密鑰，傳輸?shù)浇邮辗?，接收方解密得到AES密鑰，然后發(fā)送方和接收方用AES密鑰來通信。

本文下面AES原理的介紹參考自《現(xiàn)代密碼學(xué)教程》，AES的實(shí)現(xiàn)在介紹完原理后開始。

AES的基本結(jié)構(gòu)

AES為分組密碼，分組密碼也就是把明文分成一組一組的，每組長度相等，每次加密一組數(shù)據(jù)，直到加密完整個(gè)明文。在AES標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，分組長度只能是128位，也就是說，每個(gè)分組為16個(gè)字節(jié)（每個(gè)字節(jié)8位）。密鑰的長度可以使用128位、192位或256位。密鑰的長度不同，推薦加密輪數(shù)也不同，如下表所示：

AES	密鑰長度（32位比特字)	分組長度(32位比特字)	加密輪數(shù)
AES-128	4	4	10
AES-192	6	4	12
AES-256	8	4	14

輪數(shù)在下面介紹，這里實(shí)現(xiàn)的是AES-128，也就是密鑰的長度為128位，加密輪數(shù)為10輪。
上面說到，AES的加密公式為C = E(K,P)，在加密函數(shù)E中，會(huì)執(zhí)行一個(gè)輪函數(shù)，并且執(zhí)行10次這個(gè)輪函數(shù)，這個(gè)輪函數(shù)的前9次執(zhí)行的操作是一樣的，只有第10次有所不同。也就是說，一個(gè)明文分組會(huì)被加密10輪。AES的核心就是實(shí)現(xiàn)一輪中的所有操作。

AES的處理單位是字節(jié)，128位的輸入明文分組P和輸入密鑰K都被分成16個(gè)字節(jié)，分別記為P = P0 P1 … P15 和 K = K0 K1 … K15。如，明文分組為P = abcdefghijklmnop,其中的字符a對(duì)應(yīng)P0，p對(duì)應(yīng)P15。一般地，明文分組用字節(jié)為單位的正方形矩陣描述，稱為狀態(tài)矩陣。在算法的每一輪中，狀態(tài)矩陣的內(nèi)容不斷發(fā)生變化，最后的結(jié)果作為密文輸出。該矩陣中字節(jié)的排列順序?yàn)閺纳系较?、從左至右依次排列，如下圖所示：

現(xiàn)在假設(shè)明文分組P為"abcdefghijklmnop"，則對(duì)應(yīng)上面生成的狀態(tài)矩陣圖如下：

上圖中，0x61為字符a的十六進(jìn)制表示?？梢钥吹?，明文經(jīng)過AES加密后，已經(jīng)面目全非。

類似地，128位密鑰也是用字節(jié)為單位的矩陣表示，矩陣的每一列被稱為1個(gè)32位比特字。通過密鑰編排函數(shù)該密鑰矩陣被擴(kuò)展成一個(gè)44個(gè)字組成的序列W[0],W[1], … ,W[43],該序列的前4個(gè)元素W[0],W[1],W[2],W[3]是原始密鑰，用于加密運(yùn)算中的初始密鑰加（下面介紹）;后面40個(gè)字分為10組，每組4個(gè)字（128比特）分別用于10輪加密運(yùn)算中的輪密鑰加，如下圖所示：

上圖中，設(shè)K = “abcdefghijklmnop”，則K0 = a, K15 = p, W[0] = K0 K1 K2 K3 = “abcd”。

AES的整體結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中的W[0,3]是指W[0]、W[1]、W[2]和W[3]串聯(lián)組成的128位密鑰。加密的第1輪到第9輪的輪函數(shù)一樣，包括4個(gè)操作：字節(jié)代換、行位移、列混合和輪密鑰加。最后一輪迭代不執(zhí)行列混合。另外，在第一輪迭代之前，先將明文和原始密鑰進(jìn)行一次異或加密操作。

上圖也展示了AES解密過程，解密過程仍為10輪，每一輪的操作是加密操作的逆操作。由于AES的4個(gè)輪操作都是可逆的，因此，解密操作的一輪就是順序執(zhí)行逆行移位、逆字節(jié)代換、輪密鑰加和逆列混合。同加密操作類似，最后一輪不執(zhí)行逆列混合，在第1輪解密之前，要執(zhí)行1次密鑰加操作。

下面分別介紹AES中一輪的4個(gè)操作階段，這4分操作階段使輸入位得到充分的混淆。

一、字節(jié)代換

1.字節(jié)代換操作

AES的字節(jié)代換其實(shí)就是一個(gè)簡單的查表操作。AES定義了一個(gè)S盒和一個(gè)逆S盒。
AES的S盒：

行/列	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
0	0x63	0x7c	0x77	0x7b	0xf2	0x6b	0x6f	0xc5	0x30	0x01	0x67	0x2b	0xfe	0xd7	0xab	0x76
1	0xca	0x82	0xc9	0x7d	0xfa	0x59	0x47	0xf0	0xad	0xd4	0xa2	0xaf	0x9c	0xa4	0x72	0xc0
2	0xb7	0xfd	0x93	0x26	0x36	0x3f	0xf7	0xcc	0x34	0xa5	0xe5	0xf1	0x71	0xd8	0x31	0x15
3	0x04	0xc7	0x23	0xc3	0x18	0x96	0x05	0x9a	0x07	0x12	0x80	0xe2	0xeb	0x27	0xb2	0x75
4	0x09	0x83	0x2c	0x1a	0x1b	0x6e	0x5a	0xa0	0x52	0x3b	0xd6	0xb3	0x29	0xe3	0x2f	0x84
5	0x53	0xd1	0x00	0xed	0x20	0xfc	0xb1	0x5b	0x6a	0xcb	0xbe	0x39	0x4a	0x4c	0x58	0xcf
6	0xd0	0xef	0xaa	0xfb	0x43	0x4d	0x33	0x85	0x45	0xf9	0x02	0x7f	0x50	0x3c	0x9f	0xa8
7	0x51	0xa3	0x40	0x8f	0x92	0x9d	0x38	0xf5	0xbc	0xb6	0xda	0x21	0x10	0xff	0xf3	0xd2
8	0xcd	0x0c	0x13	0xec	0x5f	0x97	0x44	0x17	0xc4	0xa7	0x7e	0x3d	0x64	0x5d	0x19	0x73
9	0x60	0x81	0x4f	0xdc	0x22	0x2a	0x90	0x88	0x46	0xee	0xb8	0x14	0xde	0x5e	0x0b	0xdb
A	0xe0	0x32	0x3a	0x0a	0x49	0x06	0x24	0x5c	0xc2	0xd3	0xac	0x62	0x91	0x95	0xe4	0x79
B	0xe7	0xc8	0x37	0x6d	0x8d	0xd5	0x4e	0xa9	0x6c	0x56	0xf4	0xea	0x65	0x7a	0xae	0x08
C	0xba	0x78	0x25	0x2e	0x1c	0xa6	0xb4	0xc6	0xe8	0xdd	0x74	0x1f	0x4b	0xbd	0x8b	0x8a
D	0x70	0x3e	0xb5	0x66	0x48	0x03	0xf6	0x0e	0x61	0x35	0x57	0xb9	0x86	0xc1	0x1d	0x9e
E	0xe1	0xf8	0x98	0x11	0x69	0xd9	0x8e	0x94	0x9b	0x1e	0x87	0xe9	0xce	0x55	0x28	0xdf
F	0x8c	0xa1	0x89	0x0d	0xbf	0xe6	0x42	0x68	0x41	0x99	0x2d	0x0f	0xb0	0x54	0xbb	0x16

狀態(tài)矩陣中的元素按照下面的方式映射為一個(gè)新的字節(jié)：把該字節(jié)的高4位作為行值，低4位作為列值，取出S盒或者逆S盒中對(duì)應(yīng)的行的元素作為輸出。例如，加密時(shí)，輸出的字節(jié)S1為0x12,則查S盒的第0x01行和0x02列，得到值0xc9,然后替換S1原有的0x12為0xc9。狀態(tài)矩陣經(jīng)字節(jié)代換后的圖如下：

2.字節(jié)代換逆操作

逆字節(jié)代換也就是查逆S盒來變換，逆S盒如下：

行/列	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
0	0x52	0x09	0x6a	0xd5	0x30	0x36	0xa5	0x38	0xbf	0x40	0xa3	0x9e	0x81	0xf3	0xd7	0xfb
1	0x7c	0xe3	0x39	0x82	0x9b	0x2f	0xff	0x87	0x34	0x8e	0x43	0x44	0xc4	0xde	0xe9	0xcb
2	0x54	0x7b	0x94	0x32	0xa6	0xc2	0x23	0x3d	0xee	0x4c	0x95	0x0b	0x42	0xfa	0xc3	0x4e
3	0x08	0x2e	0xa1	0x66	0x28	0xd9	0x24	0xb2	0x76	0x5b	0xa2	0x49	0x6d	0x8b	0xd1	0x25
4	0x72	0xf8	0xf6	0x64	0x86	0x68	0x98	0x16	0xd4	0xa4	0x5c	0xcc	0x5d	0x65	0xb6	0x92
5	0x6c	0x70	0x48	0x50	0xfd	0xed	0xb9	0xda	0x5e	0x15	0x46	0x57	0xa7	0x8d	0x9d	0x84
6	0x90	0xd8	0xab	0x00	0x8c	0xbc	0xd3	0x0a	0xf7	0xe4	0x58	0x05	0xb8	0xb3	0x45	0x06
7	0xd0	0x2c	0x1e	0x8f	0xca	0x3f	0x0f	0x02	0xc1	0xaf	0xbd	0x03	0x01	0x13	0x8a	0x6b
8	0x3a	0x91	0x11	0x41	0x4f	0x67	0xdc	0xea	0x97	0xf2	0xcf	0xce	0xf0	0xb4	0xe6	0x73
9	0x96	0xac	0x74	0x22	0xe7	0xad	0x35	0x85	0xe2	0xf9	0x37	0xe8	0x1c	0x75	0xdf	0x6e
A	0x47	0xf1	0x1a	0x71	0x1d	0x29	0xc5	0x89	0x6f	0xb7	0x62	0x0e	0xaa	0x18	0xbe	0x1b
B	0xfc	0x56	0x3e	0x4b	0xc6	0xd2	0x79	0x20	0x9a	0xdb	0xc0	0xfe	0x78	0xcd	0x5a	0xf4
C	0x1f	0xdd	0xa8	0x33	0x88	0x07	0xc7	0x31	0xb1	0x12	0x10	0x59	0x27	0x80	0xec	0x5f
D	0x60	0x51	0x7f	0xa9	0x19	0xb5	0x4a	0x0d	0x2d	0xe5	0x7a	0x9f	0x93	0xc9	0x9c	0xef
E	0xa0	0xe0	0x3b	0x4d	0xae	0x2a	0xf5	0xb0	0xc8	0xeb	0xbb	0x3c	0x83	0x53	0x99	0x61
F	0x17	0x2b	0x04	0x7e	0xba	0x77	0xd6	0x26	0xe1	0x69	0x14	0x63	0x55	0x21	0x0c	0x7d

二、行移位

1.行移位操作

行移位是一個(gè)簡單的左循環(huán)移位操作。當(dāng)密鑰長度為128比特時(shí)，狀態(tài)矩陣的第0行左移0字節(jié)，第1行左移1字節(jié)，第2行左移2字節(jié)，第3行左移3字節(jié)，如下圖所示：

2.行移位的逆變換

行移位的逆變換是將狀態(tài)矩陣中的每一行執(zhí)行相反的移位操作，例如AES-128中，狀態(tài)矩陣的第0行右移0字節(jié)，第1行右移1字節(jié)，第2行右移2字節(jié)，第3行右移3字節(jié)。

三、列混合

1.列混合操作

列混合變換是通過矩陣相乘來實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)行移位后的狀態(tài)矩陣與固定的矩陣相乘，得到混淆后的狀態(tài)矩陣，如下圖的公式所示：

狀態(tài)矩陣中的第j列(0 ≤j≤3)的列混合可以表示為下圖所示：

其中，矩陣元素的乘法和加法都是定義在基于GF(2^8)上的二元運(yùn)算,并不是通常意義上的乘法和加法。這里涉及到一些信息安全上的數(shù)學(xué)知識(shí)，不過不懂這些知識(shí)也行。其實(shí)這種二元運(yùn)算的加法等價(jià)于兩個(gè)字節(jié)的異或，乘法則復(fù)雜一點(diǎn)。對(duì)于一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)來說，使用域上的乘法乘以(00000010)等價(jià)于左移1位(低位補(bǔ)0)后，再根據(jù)情況同(00011011)進(jìn)行異或運(yùn)算，設(shè)S1 = (a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0)，剛0x02 * S1如下圖所示：

也就是說，如果a7為1，則進(jìn)行異或運(yùn)算，否則不進(jìn)行。
類似地，乘以(00000100)可以拆分成兩次乘以(00000010)的運(yùn)算：

乘以(0000 0011)可以拆分成先分別乘以(0000 0001)和(0000 0010)，再將兩個(gè)乘積異或：

因此，我們只需要實(shí)現(xiàn)乘以2的函數(shù)，其他數(shù)值的乘法都可以通過組合來實(shí)現(xiàn)。
下面舉個(gè)具體的例子,輸入的狀態(tài)矩陣如下：


C9	E5	FD	2B
7A	F2	78	6E
63	9C	26	67
B0	A7	82	E5

下面，進(jìn)行列混合運(yùn)算：
以第一列的運(yùn)算為例：

其它列的計(jì)算就不列舉了，列混合后生成的新狀態(tài)矩陣如下：


D4	E7	CD	66
28	02	E5	BB
BE	C6	D6	BF
22	0F	DF	A5

2.列混合逆運(yùn)算

逆向列混合變換可由下圖的矩陣乘法定義：

可以驗(yàn)證，逆變換矩陣同正變換矩陣的乘積恰好為單位矩陣。

四、輪密鑰加

輪密鑰加是將128位輪密鑰Ki同狀態(tài)矩陣中的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐位異或操作，如下圖所示。其中，密鑰Ki中每個(gè)字W[4i],W[4i+1],W[4i+2],W[4i+3]為32位比特字，包含4個(gè)字節(jié)，他們的生成算法下面在下面介紹。輪密鑰加過程可以看成是字逐位異或的結(jié)果，也可以看成字節(jié)級(jí)別或者位級(jí)別的操作。也就是說，可以看成S0 S1 S2 S3 組成的32位字與W[4i]的異或運(yùn)算。

輪密鑰加的逆運(yùn)算同正向的輪密鑰加運(yùn)算完全一致，這是因?yàn)楫惢虻哪娌僮魇瞧渥陨?。輪密鑰加非常簡單，但卻能夠影響S數(shù)組中的每一位。

密鑰擴(kuò)展

AES首先將初始密鑰輸入到一個(gè)44的狀態(tài)矩陣中，如下圖所示。

這個(gè)44矩陣的每一列的4個(gè)字節(jié)組成一個(gè)字，矩陣4列的4個(gè)字依次命名為W[0]、W[1]、W[2]和W[3]，它們構(gòu)成一個(gè)以字為單位的數(shù)組W。例如，設(shè)密鑰K為"abcdefghijklmnop",則K0 = ‘a(chǎn)',K1 = ‘b', K2 = ‘c',K3 = ‘d',W[0] = “abcd”。
接著，對(duì)W數(shù)組擴(kuò)充40個(gè)新列，構(gòu)成總共44列的擴(kuò)展密鑰數(shù)組。新列以如下的遞歸方式產(chǎn)生：
1.如果i不是4的倍數(shù)，那么第i列由如下等式確定：
W[i]=W[i-4]⨁W[i-1]
2.如果i是4的倍數(shù)，那么第i列由如下等式確定：
W[i]=W[i-4]⨁T(W[i-1])
其中，T是一個(gè)有點(diǎn)復(fù)雜的函數(shù)。
函數(shù)T由3部分組成：字循環(huán)、字節(jié)代換和輪常量異或，這3部分的作用分別如下。
a.字循環(huán)：將1個(gè)字中的4個(gè)字節(jié)循環(huán)左移1個(gè)字節(jié)。即將輸入字[b0, b1, b2, b3]變換成[b1,b2,b3,b0]。
b.字節(jié)代換：對(duì)字循環(huán)的結(jié)果使用S盒進(jìn)行字節(jié)代換。
c.輪常量異或：將前兩步的結(jié)果同輪常量Rcon[j]進(jìn)行異或，其中j表示輪數(shù)。
輪常量Rcon[j]是一個(gè)字，其值見下表。

j	1	2	3	4	5
Rcon[j]	01 00 00 00	02 00 00 00	04 00 00 00	08 00 00 00	10 00 00 00
j	6	7	8	9	10
Rcon[j]	20 00 00 00	40 00 00 00	80 00 00 00	1B 00 00 00	36 00 00 00

下面舉個(gè)例子：
設(shè)初始的128位密鑰為：
3C A1 0B 21 57 F0 19 16 90 2E 13 80 AC C1 07 BD
那么4個(gè)初始值為：
W[0] = 3C A1 0B 21
W[1] = 57 F0 19 16
W[2] = 90 2E 13 80
W[3] = AC C1 07 BD
下面求擴(kuò)展的第1輪的子密鑰(W[4],W[5],W[6],W[7])。
由于4是4的倍數(shù)，所以：
W[4] = W[0] ⨁ T(W[3])
T(W[3])的計(jì)算步驟如下：

循環(huán)地將W[3]的元素移位：AC C1 07 BD變成C1 07 BD AC;
將 C1 07 BD AC 作為S盒的輸入，輸出為78 C5 7A 91;
將78 C5 7A 91與第一輪輪常量Rcon[1]進(jìn)行異或運(yùn)算，將得到79 C5 7A 91，因此，T(W[3])=79 C5 7A 91，故
W[4] = 3C A1 0B 21 ⨁ 79 C5 7A 91 = 45 64 71 B0
其余的3個(gè)子密鑰段的計(jì)算如下：
W[5] = W[1] ⨁ W[4] = 57 F0 19 16 ⨁ 45 64 71 B0 = 12 94 68 A6
W[6] = W[2] ⨁ W[5] =90 2E 13 80 ⨁ 12 94 68 A6 = 82 BA 7B 26
W[7] = W[3] ⨁ W[6] = AC C1 07 BD ⨁ 82 BA 7B 26 = 2E 7B 7C 9B
所以，第一輪的密鑰為 45 64 71 B0 12 94 68 A6 82 BA 7B 26 2E 7B 7C 9B。

AES解密

在文章開始的圖中，有AES解密的流程圖，可以對(duì)應(yīng)那個(gè)流程圖來進(jìn)行解密。下面介紹的是另一種等價(jià)的解密模式，流程圖如下圖所示。這種等價(jià)的解密模式使得解密過程各個(gè)變換的使用順序同加密過程的順序一致，只是用逆變換取代原來的變換。

AES原理到這里就結(jié)束了，下面主要為AES的實(shí)現(xiàn)，對(duì)以上原理中的每一個(gè)小節(jié)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)講解，講解的時(shí)候會(huì)插入一些關(guān)鍵代碼，完整的代碼參見文章最后。文章最后提供兩個(gè)完整的程序，一個(gè)能在linux下面編譯運(yùn)行，一個(gè)能在VC6.0下面編譯通過。

AES算法實(shí)現(xiàn)

AES加密函數(shù)預(yù)覽

aes加密函數(shù)中，首先進(jìn)行密鑰擴(kuò)展，然后把128位長度的字符串讀進(jìn)一個(gè)4*4的整數(shù)數(shù)組中，這個(gè)數(shù)組就是狀態(tài)矩陣。例如，pArray[0][0] = S0,pArray[1][0] = S1, pArray[0][1] = S4。這個(gè)讀取過程是通過 convertToIntArray()函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)輪操作的函數(shù)都對(duì)pArray進(jìn)行修改，也就是對(duì)狀態(tài)矩陣進(jìn)行混淆。在執(zhí)行完10輪加密后，會(huì)把pArray轉(zhuǎn)換回字符串，再存入明文p的字符數(shù)組中，所以，在加密完后，明文p的字符串中的字符就是加密后的字符了。這個(gè)轉(zhuǎn)換過程是通過convertArrayToStr()函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

/**
 * 參數(shù) p: 明文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) plen: 明文的長度。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void aes(char *p, int plen, char *key){

 int keylen = strlen(key);
 if(plen == 0 || plen % 16 != 0) {
  printf("明文字符長度必須為16的倍數(shù)！\n");
  exit(0);
 }

 if(!checkKeyLen(keylen)) {
  printf("密鑰字符長度錯(cuò)誤！長度必須為16、24和32。當(dāng)前長度為%d\n",keylen);
  exit(0);
 }

 extendKey(key);//擴(kuò)展密鑰
 int pArray[4][4];

 for(int k = 0; k < plen; k += 16) {
  convertToIntArray(p + k, pArray);

  addRoundKey(pArray, 0);//一開始的輪密鑰加

  for(int i = 1; i < 10; i++){//前9輪

   subBytes(pArray);//字節(jié)代換

   shiftRows(pArray);//行移位

   mixColumns(pArray);//列混合

   addRoundKey(pArray, i);

  }

  //第10輪
  subBytes(pArray);//字節(jié)代換

  shiftRows(pArray);//行移位

  addRoundKey(pArray, 10);

  convertArrayToStr(pArray, p + k);
 }
}

1.密鑰擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)

在開始加密前，必須先獲得第一輪加密用到的密鑰，故先實(shí)現(xiàn)密鑰擴(kuò)展
下面是密鑰擴(kuò)展函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)函數(shù)傳入密鑰key的字符串表示，然后從字符串中讀取W[0]到W[3],函數(shù)getWordFromStr()用于實(shí)現(xiàn)此功能。讀取后，就開始擴(kuò)展密鑰，當(dāng)i是4的倍數(shù)的時(shí)候，就會(huì)調(diào)用T()函數(shù)來進(jìn)行擴(kuò)展，因?yàn)門函數(shù)的行為與加密的輪數(shù)有關(guān)，故要把加密的輪數(shù) j 作為參數(shù)傳進(jìn)去。

//密鑰對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展數(shù)組
static int w[44];

/**
 * 擴(kuò)展密鑰，結(jié)果是把w[44]中的每個(gè)元素初始化
 */
static void extendKey(char *key) {
 for(int i = 0; i < 4; i++)
  w[i] = getWordFromStr(key + i * 4); 

 for(int i = 4, j = 0; i < 44; i++) {
  if( i % 4 == 0) {
   w[i] = w[i - 4] ^ T(w[i - 1], j); 
   j++;//下一輪
  }else {
   w[i] = w[i - 4] ^ w[i - 1]; 
  }
 } 

}

下面是T()函數(shù)的代碼實(shí)現(xiàn)，T()函數(shù)中接收兩個(gè)參數(shù)，參數(shù)num為上面?zhèn)鬟M(jìn)的W[i - 1]，round為加密的輪數(shù)。首先用一個(gè)numArray儲(chǔ)存從32位的W[i-1]中取得4個(gè)字節(jié)。如果W[i-1]為0x12ABCDEF,那么numArray[0] = 0x12,numArray[1] = 0xAB。函數(shù)splitIntToArray()用于從32位整數(shù)中讀取這四個(gè)字節(jié)，之所以這樣做是因?yàn)檎麛?shù)數(shù)組比較容易操作。然后調(diào)用leftLoop4int()函數(shù)把numArray數(shù)組中的4個(gè)元素循環(huán)左移1位。然后執(zhí)行字節(jié)代換，通過getNumFromSBox()函數(shù)來獲取S盒中相應(yīng)的值來替換numArray中的值。接著通過mergeArrayToInt()函數(shù)把字節(jié)代換后的numArray合并回32位的整數(shù)，在進(jìn)行輪常量異或后返回。

/**
 * 常量輪值表
 */
static const int Rcon[10] = { 0x01000000, 0x02000000,
 0x04000000, 0x08000000,
 0x10000000, 0x20000000,
 0x40000000, 0x80000000,
 0x1b000000, 0x36000000 };
/**
 * 密鑰擴(kuò)展中的T函數(shù)
 */
static int T(int num, int round) {
 int numArray[4];
 splitIntToArray(num, numArray);
 leftLoop4int(numArray, 1);//字循環(huán)

 //字節(jié)代換
 for(int i = 0; i < 4; i++)
  numArray[i] = getNumFromSBox(numArray[i]);

 int result = mergeArrayToInt(numArray);
 return result ^ Rcon[round];
}

2. 字節(jié)代換的實(shí)現(xiàn)

字節(jié)代換的代碼很簡單，就是把狀態(tài)矩陣中的每個(gè)元素傳進(jìn)getNumFromSBox()函數(shù)中，然后取得前面8位中的高4位作為行值，低4位作為列值，然后返回S[row][col]，這里的S是儲(chǔ)存S盒的數(shù)組。

/**
 * 根據(jù)索引，從S盒中獲得元素
 */
static int getNumFromSBox(int index) {
 int row = getLeft4Bit(index);
 int col = getRight4Bit(index);
 return S[row][col];
}

/**
 * 字節(jié)代換
 */
static void subBytes(int array[4][4]){
 for(int i = 0; i < 4; i++)
  for(int j = 0; j < 4; j++)
   array[i][j] = getNumFromSBox(array[i][j]);
}

3.行移位的實(shí)現(xiàn)

行移位的時(shí)候，首先把狀態(tài)矩陣中第2，3，4行復(fù)制出來，然后對(duì)它們行進(jìn)左移相應(yīng)的位數(shù)，然后再復(fù)制回去狀態(tài)矩陣array中。

/**
 * 將數(shù)組中的元素循環(huán)左移step位
 */
static void leftLoop4int(int array[4], int step) {
 int temp[4];
 for(int i = 0; i < 4; i++)
  temp[i] = array[i];

 int index = step % 4 == 0 ? 0 : step % 4;
 for(int i = 0; i < 4; i++){
  array[i] = temp[index];
  index++;
  index = index % 4;
 }
}

/**
 * 行移位
 */
static void shiftRows(int array[4][4]) {
 int rowTwo[4], rowThree[4], rowFour[4];
 //復(fù)制狀態(tài)矩陣的第2,3,4行
 for(int i = 0; i < 4; i++) {
  rowTwo[i] = array[1][i];
  rowThree[i] = array[2][i];
  rowFour[i] = array[3][i];
 }
 //循環(huán)左移相應(yīng)的位數(shù)
 leftLoop4int(rowTwo, 1);
 leftLoop4int(rowThree, 2);
 leftLoop4int(rowFour, 3);

 //把左移后的行復(fù)制回狀態(tài)矩陣中
 for(int i = 0; i < 4; i++) {
  array[1][i] = rowTwo[i];
  array[2][i] = rowThree[i];
  array[3][i] = rowFour[i];
 }
}

4.列混合的實(shí)現(xiàn)

列混合函數(shù)中，先把狀態(tài)矩陣初始狀態(tài)復(fù)制一份到tempArray中，然后把tempArray與colM矩陣相乘，colM為存放要乘的常數(shù)矩陣的數(shù)組。其中的GFMul()函數(shù)定義了矩陣相乘時(shí)的乘法，加法則直接通過異或來實(shí)現(xiàn)。GFMul()通過調(diào)用乘以各個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)乘法。例如，S1 * 2 剛通過調(diào)用GFMul2(S1)來實(shí)現(xiàn)。S1 * 3 剛通過GFMul3(S1)來實(shí)現(xiàn)。在這里，主要實(shí)現(xiàn)GFMul2()函數(shù)就行了，其它的都可以通過GFMul2()的組合來實(shí)現(xiàn)。舉個(gè)例子吧，為計(jì)算下面這條等式，需要像下面這樣調(diào)用函數(shù)

s = GFMul3(0xC9) ^ 0x7A ^ 0x63 ^ GFMul2(0xB0)

/**
 * 列混合要用到的矩陣
 */
static const int colM[4][4] = { 2, 3, 1, 1,
 1, 2, 3, 1,
 1, 1, 2, 3,
 3, 1, 1, 2 };

static int GFMul2(int s) {
 int result = s << 1;
 int a7 = result & 0x00000100;

 if(a7 != 0) {
  result = result & 0x000000ff;
  result = result ^ 0x1b;
 }

 return result;
}

static int GFMul3(int s) {
 return GFMul2(s) ^ s;
}

/**
 * GF上的二元運(yùn)算
 */
static int GFMul(int n, int s) {
 int result;

 if(n == 1)
  result = s;
 else if(n == 2)
  result = GFMul2(s);
 else if(n == 3)
  result = GFMul3(s);
 else if(n == 0x9)
  result = GFMul9(s);
 else if(n == 0xb)//11
  result = GFMul11(s);
 else if(n == 0xd)//13
  result = GFMul13(s);
 else if(n == 0xe)//14
  result = GFMul14(s);

 return result;
}

/**
 * 列混合
 */
static void mixColumns(int array[4][4]) {

 int tempArray[4][4];

 for(int i = 0; i < 4; i++)
  for(int j = 0; j < 4; j++)
   tempArray[i][j] = array[i][j];

 for(int i = 0; i < 4; i++)
  for(int j = 0; j < 4; j++){
   array[i][j] = GFMul(colM[i][0],tempArray[0][j]) ^ GFMul(colM[i][1],tempArray[1][j])
    ^ GFMul(colM[i][2],tempArray[2][j]) ^ GFMul(colM[i][3], tempArray[3][j]);
  }
}

5.輪密鑰加的實(shí)現(xiàn)

輪密鑰加的實(shí)現(xiàn)很簡單，就是根據(jù)傳入的輪數(shù)來把狀態(tài)矩陣與相應(yīng)的W[i]異或。

/**
 * 輪密鑰加
 */
static void addRoundKey(int array[4][4], int round) {
 int warray[4];
 for(int i = 0; i < 4; i++) {

  splitIntToArray(w[ round * 4 + i], warray);

  for(int j = 0; j < 4; j++) {
   array[j][i] = array[j][i] ^ warray[j];
  }
 }
}

AES解密函數(shù)

AES的解密函數(shù)和加密函數(shù)有點(diǎn)不同，可以參考上面的等價(jià)解密流程圖來理解，解密函數(shù)中調(diào)用的是各輪操作的逆函數(shù)。逆函數(shù)在這里就不詳細(xì)講解了，可以參考最后的完整代碼。

/**
 * 參數(shù) c: 密文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) clen: 密文的長度。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void deAes(char *c, int clen, char *key) {

 int keylen = strlen(key);
 if(clen == 0 || clen % 16 != 0) {
  printf("密文字符長度必須為16的倍數(shù)！現(xiàn)在的長度為%d\n",clen);
  exit(0);
 }

 if(!checkKeyLen(keylen)) {
  printf("密鑰字符長度錯(cuò)誤！長度必須為16、24和32。當(dāng)前長度為%d\n",keylen);
  exit(0);
 }

 extendKey(key);//擴(kuò)展密鑰
 int cArray[4][4];
 for(int k = 0; k < clen; k += 16) {
  convertToIntArray(c + k, cArray);


  addRoundKey(cArray, 10);

  int wArray[4][4];
  for(int i = 9; i >= 1; i--) {
   deSubBytes(cArray);

   deShiftRows(cArray);

   deMixColumns(cArray);
   getArrayFrom4W(i, wArray);
   deMixColumns(wArray);

   addRoundTowArray(cArray, wArray);
  }

  deSubBytes(cArray);

  deShiftRows(cArray);

  addRoundKey(cArray, 0);

  convertArrayToStr(cArray, c + k);

 }
}

完整的程序代碼

Linux版本

aes.h

#ifndef AES_H
#define AES_H

/**
 * 參數(shù) p: 明文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) plen: 明文的長度,長度必須為16的倍數(shù)。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void aes(char *p, int plen, char *key);

/**
 * 參數(shù) c: 密文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) clen: 密文的長度,長度必須為16的倍數(shù)。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void deAes(char *c, int clen, char *key);

#endif

aes.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "aes.h"

/**
 * S盒
 */
static const int S[16][16] = { 0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,
	0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,
	0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
	0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,
	0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,
	0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
	0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,
	0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,
	0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
	0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,
	0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,
	0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
	0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,
	0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,
	0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
	0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16 };

/**
 * 逆S盒
 */
static const int S2[16][16] = { 0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,
	0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb,
	0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e,
	0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,
	0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92,
	0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84,
	0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,
	0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b,
	0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73,
	0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,
	0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b,
	0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4,
	0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,
	0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef,
	0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
	0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d };

/**
 * 獲取整形數(shù)據(jù)的低8位的左4個(gè)位
 */
static int getLeft4Bit(int num) {
	int left = num & 0x000000f0;
	return left >> 4;
}

/**
 * 獲取整形數(shù)據(jù)的低8位的右4個(gè)位
 */
static int getRight4Bit(int num) {
	return num & 0x0000000f;
}
/**
 * 根據(jù)索引，從S盒中獲得元素
 */
static int getNumFromSBox(int index) {
	int row = getLeft4Bit(index);
	int col = getRight4Bit(index);
	return S[row][col];
}

/**
 * 把一個(gè)字符轉(zhuǎn)變成整型
 */
static int getIntFromChar(char c) {
	int result = (int) c;
	return result & 0x000000ff;
}

/**
 * 把16個(gè)字符轉(zhuǎn)變成4X4的數(shù)組，
 * 該矩陣中字節(jié)的排列順序?yàn)閺纳系较拢?
 * 從左到右依次排列。
 */
static void convertToIntArray(char *str, int pa[4][4]) {
	int k = 0;
	for(int i = 0; i < 4; i++)
		for(int j = 0; j < 4; j++) {
			pa[j][i] = getIntFromChar(str[k]);
			k++;
		}
}

/**
 * 打印4X4的數(shù)組
 */
static void printArray(int a[4][4]) {
	for(int i = 0; i < 4; i++){
		for(int j = 0; j < 4; j++)
			printf("a[%d][%d] = 0x%x ", i, j, a[i][j]);
		printf("\n");
	}
	printf("\n");
}

/**
 * 打印字符串的ASSCI，
 * 以十六進(jìn)制顯示。
 */
static void printASSCI(char *str, int len) {
	for(int i = 0; i < len; i++)
		printf("0x%x ", getIntFromChar(str[i]));
	printf("\n");
}

/**
 * 把連續(xù)的4個(gè)字符合并成一個(gè)4字節(jié)的整型
 */
static int getWordFromStr(char *str) {
	int one = getIntFromChar(str[0]);
	one = one << 24;
	int two = getIntFromChar(str[1]);
	two = two << 16;
	int three = getIntFromChar(str[2]);
	three = three << 8;
	int four = getIntFromChar(str[3]);
	return one | two | three | four;
}

/**
 * 把一個(gè)4字節(jié)的數(shù)的第一、二、三、四個(gè)字節(jié)取出，
 * 入進(jìn)一個(gè)4個(gè)元素的整型數(shù)組里面。
 */
static void splitIntToArray(int num, int array[4]) {
	int one = num >> 24;
	array[0] = one & 0x000000ff;
	int two = num >> 16;
	array[1] = two & 0x000000ff;
	int three = num >> 8;
	array[2] = three & 0x000000ff;
	array[3] = num & 0x000000ff;
}

/**
 * 將數(shù)組中的元素循環(huán)左移step位
 */
static void leftLoop4int(int array[4], int step) {
	int temp[4];
	for(int i = 0; i < 4; i++)
		temp[i] = array[i];

	int index = step % 4 == 0 ? 0 : step % 4;
	for(int i = 0; i < 4; i++){
		array[i] = temp[index];
		index++;
		index = index % 4;
	}
}

/**
 * 把數(shù)組中的第一、二、三和四元素分別作為
 * 4字節(jié)整型的第一、二、三和四字節(jié)，合并成一個(gè)4字節(jié)整型
 */
static int mergeArrayToInt(int array[4]) {
	int one = array[0] << 24;
	int two = array[1] << 16;
	int three = array[2] << 8;
	int four = array[3];
	return one | two | three | four;
}

/**
 * 常量輪值表
 */
static const int Rcon[10] = { 0x01000000, 0x02000000,
	0x04000000, 0x08000000,
	0x10000000, 0x20000000,
	0x40000000, 0x80000000,
	0x1b000000, 0x36000000 };
/**
 * 密鑰擴(kuò)展中的T函數(shù)
 */
static int T(int num, int round) {
	int numArray[4];
	splitIntToArray(num, numArray);
	leftLoop4int(numArray, 1);//字循環(huán)

	//字節(jié)代換
	for(int i = 0; i < 4; i++)
		numArray[i] = getNumFromSBox(numArray[i]);

	int result = mergeArrayToInt(numArray);
	return result ^ Rcon[round];
}

//密鑰對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展數(shù)組
static int w[44];

/**
 * 擴(kuò)展密鑰，結(jié)果是把w[44]中的每個(gè)元素初始化
 */
static void extendKey(char *key) {
	for(int i = 0; i < 4; i++)
		w[i] = getWordFromStr(key + i * 4);

	for(int i = 4, j = 0; i < 44; i++) {
		if( i % 4 == 0) {
			w[i] = w[i - 4] ^ T(w[i - 1], j);
			j++;//下一輪
		}else {
			w[i] = w[i - 4] ^ w[i - 1];
		}
	}

}

/**
 * 輪密鑰加
 */
static void addRoundKey(int array[4][4], int round) {
	int warray[4];
	for(int i = 0; i < 4; i++) {

		splitIntToArray(w[ round * 4 + i], warray);

		for(int j = 0; j < 4; j++) {
			array[j][i] = array[j][i] ^ warray[j];
		}
	}
}

/**
 * 字節(jié)代換
 */
static void subBytes(int array[4][4]){
	for(int i = 0; i < 4; i++)
		for(int j = 0; j < 4; j++)
			array[i][j] = getNumFromSBox(array[i][j]);
}

/**
 * 行移位
 */
static void shiftRows(int array[4][4]) {
	int rowTwo[4], rowThree[4], rowFour[4];
	//復(fù)制狀態(tài)矩陣的第2,3,4行
	for(int i = 0; i < 4; i++) {
		rowTwo[i] = array[1][i];
		rowThree[i] = array[2][i];
		rowFour[i] = array[3][i];
	}
	//循環(huán)左移相應(yīng)的位數(shù)
	leftLoop4int(rowTwo, 1);
	leftLoop4int(rowThree, 2);
	leftLoop4int(rowFour, 3);

	//把左移后的行復(fù)制回狀態(tài)矩陣中
	for(int i = 0; i < 4; i++) {
		array[1][i] = rowTwo[i];
		array[2][i] = rowThree[i];
		array[3][i] = rowFour[i];
	}
}

/**
 * 列混合要用到的矩陣
 */
static const int colM[4][4] = { 2, 3, 1, 1,
	1, 2, 3, 1,
	1, 1, 2, 3,
	3, 1, 1, 2 };

static int GFMul2(int s) {
	int result = s << 1;
	int a7 = result & 0x00000100;

	if(a7 != 0) {
		result = result & 0x000000ff;
		result = result ^ 0x1b;
	}

	return result;
}

static int GFMul3(int s) {
	return GFMul2(s) ^ s;
}

static int GFMul4(int s) {
	return GFMul2(GFMul2(s));
}

static int GFMul8(int s) {
	return GFMul2(GFMul4(s));
}

static int GFMul9(int s) {
	return GFMul8(s) ^ s;
}

static int GFMul11(int s) {
	return GFMul9(s) ^ GFMul2(s);
}

static int GFMul12(int s) {
	return GFMul8(s) ^ GFMul4(s);
}

static int GFMul13(int s) {
	return GFMul12(s) ^ s;
}

static int GFMul14(int s) {
	return GFMul12(s) ^ GFMul2(s);
}

/**
 * GF上的二元運(yùn)算
 */
static int GFMul(int n, int s) {
	int result;

	if(n == 1)
		result = s;
	else if(n == 2)
		result = GFMul2(s);
	else if(n == 3)
		result = GFMul3(s);
	else if(n == 0x9)
		result = GFMul9(s);
	else if(n == 0xb)//11
		result = GFMul11(s);
	else if(n == 0xd)//13
		result = GFMul13(s);
	else if(n == 0xe)//14
		result = GFMul14(s);

	return result;
}
/**
 * 列混合
 */
static void mixColumns(int array[4][4]) {

	int tempArray[4][4];

	for(int i = 0; i < 4; i++)
		for(int j = 0; j < 4; j++)
			tempArray[i][j] = array[i][j];

	for(int i = 0; i < 4; i++)
		for(int j = 0; j < 4; j++){
			array[i][j] = GFMul(colM[i][0],tempArray[0][j]) ^ GFMul(colM[i][1],tempArray[1][j]) 
				^ GFMul(colM[i][2],tempArray[2][j]) ^ GFMul(colM[i][3], tempArray[3][j]);
		}
}
/**
 * 把4X4數(shù)組轉(zhuǎn)回字符串
 */
static void convertArrayToStr(int array[4][4], char *str) {
	for(int i = 0; i < 4; i++)
		for(int j = 0; j < 4; j++)
			*str++ = (char)array[j][i];	
}
/**
 * 檢查密鑰長度
 */
static int checkKeyLen(int len) {
	if(len == 16)
		return 1;
	else
		return 0;
}

/**
 * 參數(shù) p: 明文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) plen: 明文的長度。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void aes(char *p, int plen, char *key){

	int keylen = strlen(key);
	if(plen == 0 || plen % 16 != 0) {
		printf("明文字符長度必須為16的倍數(shù)！\n");
		exit(0);
	}

	if(!checkKeyLen(keylen)) {
		printf("密鑰字符長度錯(cuò)誤！長度必須為16、24和32。當(dāng)前長度為%d\n",keylen);
		exit(0);
	}

	extendKey(key);//擴(kuò)展密鑰
	int pArray[4][4];

	for(int k = 0; k < plen; k += 16) {	
		convertToIntArray(p + k, pArray);

		addRoundKey(pArray, 0);//一開始的輪密鑰加

		for(int i = 1; i < 10; i++){//前9輪

			subBytes(pArray);//字節(jié)代換

			shiftRows(pArray);//行移位

			mixColumns(pArray);//列混合

			addRoundKey(pArray, i);

		}

		//第10輪
		subBytes(pArray);//字節(jié)代換

		shiftRows(pArray);//行移位

		addRoundKey(pArray, 10);

		convertArrayToStr(pArray, p + k);
	}
}
/**
 * 根據(jù)索引從逆S盒中獲取值
 */
static int getNumFromS1Box(int index) {
	int row = getLeft4Bit(index);
	int col = getRight4Bit(index);
	return S2[row][col];
}
/**
 * 逆字節(jié)變換
 */
static void deSubBytes(int array[4][4]) {
	for(int i = 0; i < 4; i++)
		for(int j = 0; j < 4; j++)
			array[i][j] = getNumFromS1Box(array[i][j]);
}
/**
 * 把4個(gè)元素的數(shù)組循環(huán)右移step位
 */
static void rightLoop4int(int array[4], int step) {
	int temp[4];
	for(int i = 0; i < 4; i++)
		temp[i] = array[i];

	int index = step % 4 == 0 ? 0 : step % 4;
	index = 3 - index;
	for(int i = 3; i >= 0; i--) {
		array[i] = temp[index];
		index--;
		index = index == -1 ? 3 : index;
	}
}

/**
 * 逆行移位
 */
static void deShiftRows(int array[4][4]) {
	int rowTwo[4], rowThree[4], rowFour[4];
	for(int i = 0; i < 4; i++) {
		rowTwo[i] = array[1][i];
		rowThree[i] = array[2][i];
		rowFour[i] = array[3][i];
	}

	rightLoop4int(rowTwo, 1);
	rightLoop4int(rowThree, 2);
	rightLoop4int(rowFour, 3);

	for(int i = 0; i < 4; i++) {
		array[1][i] = rowTwo[i];
		array[2][i] = rowThree[i];
		array[3][i] = rowFour[i];
	}
}
/**
 * 逆列混合用到的矩陣
 */
static const int deColM[4][4] = { 0xe, 0xb, 0xd, 0x9,
	0x9, 0xe, 0xb, 0xd,
	0xd, 0x9, 0xe, 0xb,
	0xb, 0xd, 0x9, 0xe };

/**
 * 逆列混合
 */
static void deMixColumns(int array[4][4]) {
	int tempArray[4][4];

	for(int i = 0; i < 4; i++)
		for(int j = 0; j < 4; j++)
			tempArray[i][j] = array[i][j];

	for(int i = 0; i < 4; i++)
		for(int j = 0; j < 4; j++){
			array[i][j] = GFMul(deColM[i][0],tempArray[0][j]) ^ GFMul(deColM[i][1],tempArray[1][j]) 
				^ GFMul(deColM[i][2],tempArray[2][j]) ^ GFMul(deColM[i][3], tempArray[3][j]);
		}
}
/**
 * 把兩個(gè)4X4數(shù)組進(jìn)行異或
 */
static void addRoundTowArray(int aArray[4][4],int bArray[4][4]) {
	for(int i = 0; i < 4; i++)
		for(int j = 0; j < 4; j++)
			aArray[i][j] = aArray[i][j] ^ bArray[i][j];
}
/**
 * 從4個(gè)32位的密鑰字中獲得4X4數(shù)組，
 * 用于進(jìn)行逆列混合
 */
static void getArrayFrom4W(int i, int array[4][4]) {
	int index = i * 4;
	int colOne[4], colTwo[4], colThree[4], colFour[4];
	splitIntToArray(w[index], colOne);
	splitIntToArray(w[index + 1], colTwo);
	splitIntToArray(w[index + 2], colThree);
	splitIntToArray(w[index + 3], colFour);

	for(int i = 0; i < 4; i++) {
		array[i][0] = colOne[i];
		array[i][1] = colTwo[i];
		array[i][2] = colThree[i];
		array[i][3] = colFour[i];
	}

}

/**
 * 參數(shù) c: 密文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) clen: 密文的長度。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void deAes(char *c, int clen, char *key) {

	int keylen = strlen(key);
	if(clen == 0 || clen % 16 != 0) {
		printf("密文字符長度必須為16的倍數(shù)！現(xiàn)在的長度為%d\n",clen);
		exit(0);
	}

	if(!checkKeyLen(keylen)) {
		printf("密鑰字符長度錯(cuò)誤！長度必須為16、24和32。當(dāng)前長度為%d\n",keylen);
		exit(0);
	}

	extendKey(key);//擴(kuò)展密鑰
	int cArray[4][4];
	for(int k = 0; k < clen; k += 16) {
		convertToIntArray(c + k, cArray);


		addRoundKey(cArray, 10);

		int wArray[4][4];
		for(int i = 9; i >= 1; i--) {
			deSubBytes(cArray);

			deShiftRows(cArray);

			deMixColumns(cArray);
			getArrayFrom4W(i, wArray);
			deMixColumns(wArray);

			addRoundTowArray(cArray, wArray);
		}

		deSubBytes(cArray);

		deShiftRows(cArray);

		addRoundKey(cArray, 0);

		convertArrayToStr(cArray, c + k);

	}
}

main.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#include "aes.h"

#define MAXLEN 1024

void getString(char *str, int len){

	int slen = read(0, str, len);
	for(int i = 0; i < slen; i++,str++){
		if(*str == '\n'){
			*str = '\0';
			break;
		}
	}
}

void printASCCI(char *str, int len) {
	int c;
	for(int i = 0; i < len; i++) {
		c = (int)*str++;
		c = c & 0x000000ff;
		printf("0x%x ", c);
	}
	printf("\n");
}

/**
 * 從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取用戶輸入的字符串
 */
void readPlainText(char *str, int *len) {
	int plen;
	while(1) {
		getString(str, MAXLEN);
		plen = strlen(str);
		if(plen != 0 && plen % 16 == 0) {
			printf("你輸入的明文為：%s\n", str);
			break;
		}else{
			printf("明文字符長度必須為16的倍數(shù),現(xiàn)在的長度為%d\n", plen);
		}
	}
	*len = plen;
}
/**
 * 把字符串寫進(jìn)文件
 */
void writeStrToFile(char *str, int len, char *fileName) {
	FILE *fp;
	fp = fopen(fileName, "wb");
	for(int i = 0; i < len; i++)
		putc(str[i], fp);
	fclose(fp);
}


void aesStrToFile(char *key) {

	char p[MAXLEN];
	int plen;
	printf("請(qǐng)輸入你的明文，明文字符長度必須為16的倍數(shù)\n");
	readPlainText(p,&plen);
	printf("進(jìn)行AES加密..................\n");

	aes(p, plen, key);//AES加密

	printf("加密完后的明文的ASCCI為：\n");
	printASCCI(p, plen);
	char fileName[64];
	printf("請(qǐng)輸入你想要寫進(jìn)的文件名，比如'test.txt':\n");
	if(scanf("%s", fileName) == 1) {	
		writeStrToFile(p, plen, fileName);
		printf("已經(jīng)將密文寫進(jìn)%s中了,可以在運(yùn)行該程序的當(dāng)前目錄中找到它。\n", fileName);
	}
}
/**
 * 從文件中讀取字符串
 */
int readStrFromFile(char *fileName, char *str) {
	FILE *fp = fopen(fileName, "rb");
	if(fp == NULL) {
		printf("打開文件出錯(cuò)，請(qǐng)確認(rèn)文件存在當(dāng)前目錄下！\n");
		exit(0);
	}

	int i;
	for(i = 0; i < MAXLEN && (str[i] = getc(fp)) != EOF; i++);

	if(i >= MAXLEN) {
		printf("解密文件過大！\n");
		exit(0);
	}

	str[i] = '\0';
	fclose(fp);
	return i;
}


void deAesFile(char *key) {
	char fileName[64];
	char c[MAXLEN];//密文字符串
	printf("請(qǐng)輸入要解密的文件名，該文件必須和本程序在同一個(gè)目錄\n");
	if(scanf("%s", fileName) == 1) {
		int clen = readStrFromFile(fileName, c);
		printf("開始解密.........\n");
		deAes(c, clen, key);
		printf("解密后的明文ASCII為：\n");
		printASCCI(c, clen);
		printf("明文為：%s\n", c);
		writeStrToFile(c,clen,fileName);
		printf("現(xiàn)在可以打開%s來查看解密后的密文了！\n",fileName);
	}
}

void aesFile(char *key) {
	char fileName[64];
	char fileP[MAXLEN];

	printf("請(qǐng)輸入要加密的文件名，該文件必須和本程序在同一個(gè)目錄\n");
	if(scanf("%s", fileName) == 1) {
		readStrFromFile(fileName, fileP);
		int plen = strlen(fileP);
		printf("開始加密.........\n");
		printf("加密前文件中字符的ASCII為：\n");
		printASCCI(fileP, plen);

		aes(fileP, plen, key);//開始加密

		printf("加密后的密文ASCII為：\n");
		printASCCI(fileP, plen);
		writeStrToFile(fileP,plen,fileName);
		printf("已經(jīng)將加密后的密文寫進(jìn)%s中了\n",fileName);
	}
}

int main(int argc, char const *argv[]) {

	char key[17];
	printf("請(qǐng)輸入16個(gè)字符的密鑰：\n");
	int klen;
	while(1){
		getString(key,17);
		klen = strlen(key);
		if(klen != 16){
			printf("請(qǐng)輸入16個(gè)字符的密鑰,當(dāng)前密鑰的長度為%d\n",klen);
		}else{
			printf("你輸入的密鑰為：%s\n",key);
			break;
		}
	}

	printf("輸入's'表示要加密輸入的字符串,并將加密后的內(nèi)容寫入到文件\n");
	printf("請(qǐng)輸入要功能選項(xiàng)并按回車，輸入'f'表示要加密文件\n");
	printf("輸入'p'表示要解密文件\n");
	char c;
	if(scanf("%s",&c) == 1) {
		if(c == 's')
			aesStrToFile(key);//用AES加密字符串，并將字符串寫進(jìn)文件中
		else if(c == 'p')
			deAesFile(key);//把文件中的密文解密，并寫回文件中
		else if(c == 'f')//用AES加密文件
			aesFile(key);
	}
	return 0;
}

通過下面的gcc命令來編譯運(yùn)行：

gcc -o aes aes.c main.c

VC6.0版本

由于VC6.0的編譯器比較坑，要先聲明，后使用變量，故要對(duì)代碼進(jìn)行相應(yīng)的修改。

aes.h

#ifndef MY_AES_H
#define MY_AES_H

/**
 * 參數(shù) p: 明文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) plen: 明文的長度,長度必須為16的倍數(shù)。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void aes(char *p, int plen, char *key);

/**
 * 參數(shù) c: 密文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) clen: 密文的長度,長度必須為16的倍數(shù)。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void deAes(char *c, int clen, char *key);

#endif

aes.cpp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include "aes.h"

/**
 * S盒
 */
static const int S[16][16] = { 0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,
	0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,
	0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
	0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,
	0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,
	0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
	0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,
	0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,
	0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
	0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,
	0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,
	0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
	0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,
	0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,
	0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
	0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16 };

/**
 * 逆S盒
 */
static const int S2[16][16] = { 0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,
	0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb,
	0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e,
	0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,
	0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92,
	0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84,
	0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,
	0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b,
	0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73,
	0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,
	0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b,
	0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4,
	0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,
	0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef,
	0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
	0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d };

/**
 * 獲取整形數(shù)據(jù)的低8位的左4個(gè)位
 */
static int getLeft4Bit(int num) {
	int left = num & 0x000000f0;
	return left >> 4;
}

/**
 * 獲取整形數(shù)據(jù)的低8位的右4個(gè)位
 */
static int getRight4Bit(int num) {
	return num & 0x0000000f;
}
/**
 * 根據(jù)索引，從S盒中獲得元素
 */
static int getNumFromSBox(int index) {
	int row = getLeft4Bit(index);
	int col = getRight4Bit(index);
	return S[row][col];
}

/**
 * 把一個(gè)字符轉(zhuǎn)變成整型
 */
static int getIntFromChar(char c) {
	int result = (int) c;
	return result & 0x000000ff;
}

/**
 * 把16個(gè)字符轉(zhuǎn)變成4X4的數(shù)組，
 * 該矩陣中字節(jié)的排列順序?yàn)閺纳系较拢?
 * 從左到右依次排列。
 */
static void convertToIntArray(char *str, int pa[4][4]) {
	int k = 0;
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		for(j = 0; j < 4; j++) {
			pa[j][i] = getIntFromChar(str[k]);
			k++;
		}
}

/**
 * 打印4X4的數(shù)組
 */
static void printArray(int a[4][4]) {
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++){
		for(j = 0; j < 4; j++)
			printf("a[%d][%d] = 0x%x ", i, j, a[i][j]);
		printf("\n");
	}
	printf("\n");
}

/**
 * 打印字符串的ASSCI，
 * 以十六進(jìn)制顯示。
 */
static void printASSCI(char *str, int len) {
	int i;
	for(i = 0; i < len; i++)
		printf("0x%x ", getIntFromChar(str[i]));
	printf("\n");
}

/**
 * 把連續(xù)的4個(gè)字符合并成一個(gè)4字節(jié)的整型
 */
static int getWordFromStr(char *str) {
	int one, two, three, four;
	one = getIntFromChar(str[0]);
	one = one << 24;
	two = getIntFromChar(str[1]);
	two = two << 16;
	three = getIntFromChar(str[2]);
	three = three << 8;
	four = getIntFromChar(str[3]);
	return one | two | three | four;
}

/**
 * 把一個(gè)4字節(jié)的數(shù)的第一、二、三、四個(gè)字節(jié)取出，
 * 入進(jìn)一個(gè)4個(gè)元素的整型數(shù)組里面。
 */
static void splitIntToArray(int num, int array[4]) {
	int one, two, three;
	one = num >> 24;
	array[0] = one & 0x000000ff;
	two = num >> 16;
	array[1] = two & 0x000000ff;
	three = num >> 8;
	array[2] = three & 0x000000ff;
	array[3] = num & 0x000000ff;
}

/**
 * 將數(shù)組中的元素循環(huán)左移step位
 */
static void leftLoop4int(int array[4], int step) {
	int temp[4];
	int i;
	int index;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		temp[i] = array[i];

	index = step % 4 == 0 ? 0 : step % 4;
	for(i = 0; i < 4; i++){
		array[i] = temp[index];
		index++;
		index = index % 4;
	}
}

/**
 * 把數(shù)組中的第一、二、三和四元素分別作為
 * 4字節(jié)整型的第一、二、三和四字節(jié)，合并成一個(gè)4字節(jié)整型
 */
static int mergeArrayToInt(int array[4]) {
	int one = array[0] << 24;
	int two = array[1] << 16;
	int three = array[2] << 8;
	int four = array[3];
	return one | two | three | four;
}

/**
 * 常量輪值表
 */
static const int Rcon[10] = { 0x01000000, 0x02000000,
	0x04000000, 0x08000000,
	0x10000000, 0x20000000,
	0x40000000, 0x80000000,
	0x1b000000, 0x36000000 };
/**
 * 密鑰擴(kuò)展中的T函數(shù)
 */
static int T(int num, int round) {
	int numArray[4];
	int i;
	int result;
	splitIntToArray(num, numArray);
	leftLoop4int(numArray, 1);//字循環(huán)

	//字節(jié)代換
	for(i = 0; i < 4; i++)
		numArray[i] = getNumFromSBox(numArray[i]);

	result = mergeArrayToInt(numArray);
	return result ^ Rcon[round];
}

//密鑰對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展數(shù)組
static int w[44];
/**
 * 打印W數(shù)組
 */
static void printW() {
	int i, j;
	for(i = 0, j = 1; i < 44; i++,j++){
		printf("w[%d] = 0x%x ", i, w[i]);
		if(j % 4 == 0)
			printf("\n");
	}
	printf("\n");
}


/**
 * 擴(kuò)展密鑰，結(jié)果是把w[44]中的每個(gè)元素初始化
 */
static void extendKey(char *key) {
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		w[i] = getWordFromStr(key + i * 4);

	for(i = 4, j = 0; i < 44; i++) {
		if( i % 4 == 0) {
			w[i] = w[i - 4] ^ T(w[i - 1], j);
			j++;//下一輪
		}else {
			w[i] = w[i - 4] ^ w[i - 1];
		}
	}

}

/**
 * 輪密鑰加
 */
static void addRoundKey(int array[4][4], int round) {
	int warray[4];
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++) {

		splitIntToArray(w[ round * 4 + i], warray);

		for(j = 0; j < 4; j++) {
			array[j][i] = array[j][i] ^ warray[j];
		}
	}
}

/**
 * 字節(jié)代換
 */
static void subBytes(int array[4][4]){
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		for(j = 0; j < 4; j++)
			array[i][j] = getNumFromSBox(array[i][j]);
}

/**
 * 行移位
 */
static void shiftRows(int array[4][4]) {
	int rowTwo[4], rowThree[4], rowFour[4];
	int i;
	for(i = 0; i < 4; i++) {
		rowTwo[i] = array[1][i];
		rowThree[i] = array[2][i];
		rowFour[i] = array[3][i];
	}

	leftLoop4int(rowTwo, 1);
	leftLoop4int(rowThree, 2);
	leftLoop4int(rowFour, 3);

	for(i = 0; i < 4; i++) {
		array[1][i] = rowTwo[i];
		array[2][i] = rowThree[i];
		array[3][i] = rowFour[i];
	}
}

/**
 * 列混合要用到的矩陣
 */
static const int colM[4][4] = { 2, 3, 1, 1,
	1, 2, 3, 1,
	1, 1, 2, 3,
	3, 1, 1, 2 };

static int GFMul2(int s) {
	int result = s << 1;
	int a7 = result & 0x00000100;

	if(a7 != 0) {
		result = result & 0x000000ff;
		result = result ^ 0x1b;
	}

	return result;
}

static int GFMul3(int s) {
	return GFMul2(s) ^ s;
}

static int GFMul4(int s) {
	return GFMul2(GFMul2(s));
}

static int GFMul8(int s) {
	return GFMul2(GFMul4(s));
}

static int GFMul9(int s) {
	return GFMul8(s) ^ s;
}

static int GFMul11(int s) {
	return GFMul9(s) ^ GFMul2(s);
}

static int GFMul12(int s) {
	return GFMul8(s) ^ GFMul4(s);
}

static int GFMul13(int s) {
	return GFMul12(s) ^ s;
}

static int GFMul14(int s) {
	return GFMul12(s) ^ GFMul2(s);
}

/**
 * GF上的二元運(yùn)算
 */
static int GFMul(int n, int s) {
	int result;

	if(n == 1)
		result = s;
	else if(n == 2)
		result = GFMul2(s);
	else if(n == 3)
		result = GFMul3(s);
	else if(n == 0x9)
		result = GFMul9(s);
	else if(n == 0xb)//11
		result = GFMul11(s);
	else if(n == 0xd)//13
		result = GFMul13(s);
	else if(n == 0xe)//14
		result = GFMul14(s);

	return result;
}
/**
 * 列混合
 */
static void mixColumns(int array[4][4]) {

	int tempArray[4][4];
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		for(j = 0; j < 4; j++)
			tempArray[i][j] = array[i][j];

	for(i = 0; i < 4; i++)
		for(j = 0; j < 4; j++){
			array[i][j] = GFMul(colM[i][0],tempArray[0][j]) ^ GFMul(colM[i][1],tempArray[1][j])
				^ GFMul(colM[i][2],tempArray[2][j]) ^ GFMul(colM[i][3], tempArray[3][j]);
		}
}
/**
 * 把4X4數(shù)組轉(zhuǎn)回字符串
 */
static void convertArrayToStr(int array[4][4], char *str) {
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		for(j = 0; j < 4; j++)
			*str++ = (char)array[j][i];
}
/**
 * 檢查密鑰長度
 */
static int checkKeyLen(int len) {
	if(len == 16)
		return 1;
	else
		return 0;
}


/**
 * 參數(shù) p: 明文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) plen: 明文的長度。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void aes(char *p, int plen, char *key){

	int keylen = strlen(key);
	int pArray[4][4];
	int k,i;

	if(plen == 0 || plen % 16 != 0) {
		printf("明文字符長度必須為16的倍數(shù)！\n");
		exit(0);
	}

	if(!checkKeyLen(keylen)) {
		printf("密鑰字符長度錯(cuò)誤！長度必須為16。當(dāng)前長度為%d\n",keylen);
		exit(0);
	}

	extendKey(key);//擴(kuò)展密鑰

	for(k = 0; k < plen; k += 16) {
		convertToIntArray(p + k, pArray);

		addRoundKey(pArray, 0);//一開始的輪密鑰加

		for(i = 1; i < 10; i++){

			subBytes(pArray);//字節(jié)代換

			shiftRows(pArray);//行移位

			mixColumns(pArray);//列混合

			addRoundKey(pArray, i);

		}

		subBytes(pArray);//字節(jié)代換

		shiftRows(pArray);//行移位

		addRoundKey(pArray, 10);

		convertArrayToStr(pArray, p + k);
	}
}
/**
 * 根據(jù)索引從逆S盒中獲取值
 */
static int getNumFromS1Box(int index) {
	int row = getLeft4Bit(index);
	int col = getRight4Bit(index);
	return S2[row][col];
}
/**
 * 逆字節(jié)變換
 */
static void deSubBytes(int array[4][4]) {
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		for(j = 0; j < 4; j++)
			array[i][j] = getNumFromS1Box(array[i][j]);
}
/**
 * 把4個(gè)元素的數(shù)組循環(huán)右移step位
 */
static void rightLoop4int(int array[4], int step) {
	int temp[4];
	int i;
	int index;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		temp[i] = array[i];

	index = step % 4 == 0 ? 0 : step % 4;
	index = 3 - index;
	for(i = 3; i >= 0; i--) {
		array[i] = temp[index];
		index--;
		index = index == -1 ? 3 : index;
	}
}

/**
 * 逆行移位
 */
static void deShiftRows(int array[4][4]) {
	int rowTwo[4], rowThree[4], rowFour[4];
	int i;
	for(i = 0; i < 4; i++) {
		rowTwo[i] = array[1][i];
		rowThree[i] = array[2][i];
		rowFour[i] = array[3][i];
	}

	rightLoop4int(rowTwo, 1);
	rightLoop4int(rowThree, 2);
	rightLoop4int(rowFour, 3);

	for(i = 0; i < 4; i++) {
		array[1][i] = rowTwo[i];
		array[2][i] = rowThree[i];
		array[3][i] = rowFour[i];
	}
}
/**
 * 逆列混合用到的矩陣
 */
static const int deColM[4][4] = { 0xe, 0xb, 0xd, 0x9,
	0x9, 0xe, 0xb, 0xd,
	0xd, 0x9, 0xe, 0xb,
	0xb, 0xd, 0x9, 0xe };

/**
 * 逆列混合
 */
static void deMixColumns(int array[4][4]) {
	int tempArray[4][4];
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		for(j = 0; j < 4; j++)
			tempArray[i][j] = array[i][j];

	for(i = 0; i < 4; i++)
		for(j = 0; j < 4; j++){
			array[i][j] = GFMul(deColM[i][0],tempArray[0][j]) ^ GFMul(deColM[i][1],tempArray[1][j])
				^ GFMul(deColM[i][2],tempArray[2][j]) ^ GFMul(deColM[i][3], tempArray[3][j]);
		}
}
/**
 * 把兩個(gè)4X4數(shù)組進(jìn)行異或
 */
static void addRoundTowArray(int aArray[4][4],int bArray[4][4]) {
	int i,j;
	for(i = 0; i < 4; i++)
		for(j = 0; j < 4; j++)
			aArray[i][j] = aArray[i][j] ^ bArray[i][j];
}
/**
 * 從4個(gè)32位的密鑰字中獲得4X4數(shù)組，
 * 用于進(jìn)行逆列混合
 */
static void getArrayFrom4W(int i, int array[4][4]) {
	int index,j;
	int colOne[4], colTwo[4], colThree[4], colFour[4];
	index = i * 4;
	splitIntToArray(w[index], colOne);
	splitIntToArray(w[index + 1], colTwo);
	splitIntToArray(w[index + 2], colThree);
	splitIntToArray(w[index + 3], colFour);

	for(j = 0; j < 4; j++) {
		array[j][0] = colOne[j];
		array[j][1] = colTwo[j];
		array[j][2] = colThree[j];
		array[j][3] = colFour[j];
	}

}

/**
 * 參數(shù) c: 密文的字符串?dāng)?shù)組。
 * 參數(shù) clen: 密文的長度。
 * 參數(shù) key: 密鑰的字符串?dāng)?shù)組。
 */
void deAes(char *c, int clen, char *key) {

	int cArray[4][4];
	int keylen,k;
	keylen = strlen(key);
	if(clen == 0 || clen % 16 != 0) {
		printf("密文字符長度必須為16的倍數(shù)！現(xiàn)在的長度為%d\n",clen);
		exit(0);
	}

	if(!checkKeyLen(keylen)) {
		printf("密鑰字符長度錯(cuò)誤！長度必須為16、24和32。當(dāng)前長度為%d\n",keylen);
		exit(0);
	}

	extendKey(key);//擴(kuò)展密鑰

	for(k = 0; k < clen; k += 16) {
		int i;
		int wArray[4][4];

		convertToIntArray(c + k, cArray);

		
		
		

		addRoundKey(cArray, 10);

		for(i = 9; i >= 1; i--) {
			deSubBytes(cArray);

			deShiftRows(cArray);

			deMixColumns(cArray);
			getArrayFrom4W(i, wArray);
			deMixColumns(wArray);

			addRoundTowArray(cArray, wArray);
		}

		deSubBytes(cArray);

		deShiftRows(cArray);

		addRoundKey(cArray, 0);

		convertArrayToStr(cArray, c + k);

	}
}

有不少初學(xué)者可能在使用AES實(shí)現(xiàn)的VC版本時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沒main函數(shù)的問題。其實(shí)直接導(dǎo)入VC編譯是不行的，這里給出的只是頭文件 aes.h 和實(shí)現(xiàn)的 aes.cpp 文件，需要通過include來包含使用，假設(shè)main函數(shù)所在的文件 main.cpp，并且與 aes.h 、 aes.cpp 文件在同一目錄下，則需要像下面這樣使用:

 #include "aes.h"
 // 其它頭文件
 
 int main(int argc, char const *argv[]) {
 // 加密, 其中plain是明文字符數(shù)組， len是長度， key是密鑰
 aes(plain, len, key);
 //解密，其中ciphertext是密文字符數(shù)組， len是長度， key是密鑰
 deAes(ciphertext, len, key);
 }

很高興這篇文章能給大家?guī)韼椭?，我現(xiàn)在主要做信息安全方面的工作。下面是我創(chuàng)建的公眾號(hào)，會(huì)不定期分享一些信息安全方面的技術(shù)文章，歡迎關(guān)注~

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AES加密算法的原理詳解與實(shí)現(xiàn)分析

AES簡介

AES的基本結(jié)構(gòu)

一、字節(jié)代換

1.字節(jié)代換操作

2.字節(jié)代換逆操作

二、行移位

1.行移位操作

2.行移位的逆變換

三、列混合

1.列混合操作

2.列混合逆運(yùn)算

四、輪密鑰加

密鑰擴(kuò)展

AES解密

AES算法實(shí)現(xiàn)

AES加密函數(shù)預(yù)覽

1.密鑰擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)

2. 字節(jié)代換的實(shí)現(xiàn)

3.行移位的實(shí)現(xiàn)

4.列混合的實(shí)現(xiàn)

5.輪密鑰加的實(shí)現(xiàn)

AES解密函數(shù)

完整的程序代碼

Linux版本

aes.h

aes.c

main.c

VC6.0版本

aes.h

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