因為要寫一個小工具，需要使用對稱加密算法，算法暫時選擇AES算法。下面是具體的算法：
本文轉(zhuǎn)自：http://www.mamicode.com/info-detail-514466.html
0 AES簡介
美國國家標準技術(shù)研究所在2001年發(fā)布了高級加密標準（AES）。AES是一個對稱分組密碼算法，旨在取代DES成為廣泛使用的標準。
根據(jù)使用的密碼長度，AES最常見的有3種方案，用以適應(yīng)不同的場景要求，分別是AES-128、AES-192和AES-256。本文主要對AES-128進行介紹，另外兩種的思路基本一樣，只是輪數(shù)會適當增加。
1 算法流程
AES加解密的流程圖如下：
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AES加密過程涉及到4種操作：字節(jié)替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和輪密鑰加（AddRoundKey）。解密過程分別為對應(yīng)的逆操作。由于每一步操作都是可逆的，按照相反的順序進行解密即可恢復(fù)明文。加解密中每輪的密鑰分別由初始密鑰擴展得到。算法中16字節(jié)的明文、密文和輪密鑰都以一個4x4的矩陣表示。
接下來分別對上述5種操作進行介紹。
1.1 字節(jié)代替
字節(jié)代替的主要功能是通過S盒完成一個字節(jié)到另外一個字節(jié)的映射。S盒的詳細構(gòu)造方法可以參考文獻[1]。
下圖(a)為S盒，圖(b)為S-1（S盒的逆）。
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S和S-1分別為16x16的矩陣。假設(shè)輸入字節(jié)的值為a=a7a6a5a4a3a2a1a0
，則輸出值為S[a7a6a5a4][a3a2a1a0]，S-1的變換也同理。
例如：字節(jié)00替換后的值為（S[0][0]=）63，再通過S-1
即可得到替換前的值，（S-1 [6][3]=）00。
1.2 行移位
行移位的功能是實現(xiàn)一個4x4矩陣內(nèi)部字節(jié)之間的置換。
1.2.1 正向行移位
正向行移位的原理圖如下：
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實際移位的操作即是：第一行保存不變，第二行循環(huán)左移1個字節(jié)，第三行循環(huán)左移2個字節(jié)，第四行循環(huán)左移3個字節(jié)。假設(shè)矩陣的名字為state，用公式表示如下：state’[i][j] = state[i][(j+i)%4];其中i、j屬于[0,3]
1.2.2 逆向行移位
逆向行移位即是相反的操作，用公式表示如下：state’[i][j] = state[i][(4+j-i)%4];其中i、j屬于[0,3]
1.3 列混淆
列混淆：利用GF(28)域上算術(shù)特性的一個代替。
1.3.1 正向列混淆
正向列混淆的原理圖如下：
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根據(jù)矩陣的乘法可知，在列混淆的過程中，每個字節(jié)對應(yīng)的值只與該列的4個值有關(guān)系。此處的乘法和加法都是定義在GF(28)上的，需要注意如下幾點：
1) 將某個字節(jié)所對應(yīng)的值乘以2，其結(jié)果就是將該值的二進制位左移一位，如果該值的最高位為1（表示該數(shù)值不小于128），則還需要將移位后的結(jié)果異或00011011；[1]
2) 乘法對加法滿足分配率，例如：07·S0,0=(01⊕02⊕04)·S0,0= S0,0⊕(02·S0,0)(04·S0,0)
3) 此處的矩陣乘法與一般意義上矩陣的乘法有所不同，各個值在相加時使用的是模2加法（相當于是異或運算）。
假設(shè)某一列的值如下圖，運算過程如下：
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同理可以求出另外幾個值。
1.3.2 逆向列混淆
逆向列混淆的原理圖如下：
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由于：
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說明兩個矩陣互逆，經(jīng)過一次逆向列混淆后即可恢復(fù)原文。
1.4 輪密碼加
任何數(shù)和自身的異或結(jié)果為0。加密過程中，每輪的輸入與輪密鑰異或一次；因此，解密時再異或上該輪的密鑰即可恢復(fù)輸入。
1.5 密鑰擴展
密鑰擴展的原理圖如下：
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密鑰擴展過程說明：
1) 將初始密鑰以列為主，轉(zhuǎn)化為4個32 bits的字，分別記為w[0…3]；
2) 按照如下方式，依次求解w[j]，其中j是整數(shù)并且屬于[4,43]；
3) 若j%4=0,則w[j]=w[j-4]⊕g(w[j-1]),否則w[j]=w[j-4]⊕w[j-1]；
函數(shù)g的流程說明：
4) 將w循環(huán)左移一個字節(jié)；
5) 分別對每個字節(jié)按S盒進行映射；
6) 與32 bits的常量（RC[j/4],0,0,0）進行異或，RC是一個一維數(shù)組，其值如下。（RC的值只需要有10個，而此處用了11個，實際上RC[0]在運算中沒有用到，增加RC[0]是為了便于程序中用數(shù)組表示。由于j的最小取值是4，j/4的最小取值則是1，因此不會產(chǎn)生錯誤。）
RC = {00, 01, 02, 04, 08, 10, 20, 40, 80, 1B, 36}
2 源碼
在GitHub上找到的AES實現(xiàn)代碼，感覺寫得不錯。
https://github.com/dhuertas/AES/blob/master/aes.c
3 參考文獻
[1] William Stallings著；王張宜等譯. 密碼編碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全——原理與實踐（第五版）[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.1.
