aes加密算法的实现

‘壹’ PHP对称加密-AES

对称加解密算法中，当前最为安全的是 AES 加密算法（以前应该是是 DES 加密算法），PHP 提供了两个可以用于 AES 加密算法的函数簇： Mcrypt 和 OpenSSL 。

其中 Mcrypt 在 PHP 7.1.0 中被弃用（The Function Mycrypt is Deprecated)，在 PHP 7.2.0 中被移除，所以即可起你应该使用 OpenSSL 来实现 AES 的数据加解密。

在一些场景下，我们不能保证两套通信系统都使用了相函数簇去实现加密算法，可能 siteA 使用了最新的 OpenSSL 来实现了 AES 加密，但作为第三方服务的 siteB 可能仍在使用 Mcrypt 算法，这就要求我们必须清楚 Mcrypt 同 OpenSSL 之间的差异，以便保证数据加解密的一致性。

下文中我们将分别使用 Mcrypt 和 OpenSSL 来实现 AES-128/192/256-CBC 加解密，二者同步加解密的要点为：

协同好以上两点，就可以让 Mcrypt 和 OpenSSL 之间一致性的对数据进行加解密。

AES 是当前最为常用的安全对称加密算法，关于对称加密这里就不在阐述了。

AES 有三种算法，主要是对数据块的大小存在区别：

AES-128：需要提供 16 位的密钥 key
AES-192：需要提供 24 位的密钥 key
AES-256：需要提供 32 位的密钥 key

AES 是按数据块大小（128/192/256）对待加密内容进行分块处理的，会经常出现最后一段数据长度不足的场景，这时就需要填充数据长度到加密算法对应的数据块大小。

主要的填充算法有填充 NUL("0") 和 PKCS7，Mcrypt 默认使用的 NUL("0") 填充算法，当前已不被推荐，OpenSSL 则默认模式使用 PKCS7 对数据进行填充并对加密后的数据进行了 base64encode 编码，所以建议开发中使用 PKCS7 对待加密数据进行填充，已保证通用性（alipay sdk 中虽然使用了 Mcrypt 加密簇，但使用 PKCS7 算法对数据进行了填充，这样在一定程度上亲和了 OpenSSL 加密算法）。

Mcrypt 的默认填充算法。NUL 即为 Ascii 表的编号为 0 的元素，即空元素，转移字符是 ""，PHP 的 pack 打包函数在 'a' 模式下就是以 NUL 字符对内容进行填充的，当然，使用 "" 手动拼接也是可以的。

OpenSSL的默认填充算法。下面我们给出 PKCS7 填充算法 PHP 的实现：

默认使用 NUL("") 自动对待加密数据进行填充以对齐加密算法数据块长度。

获取 mcrypt 支持的算法，这里我们只关注 AES 算法。

注意：mcrypt 虽然支持 AES 三种算法，但除 MCRYPT_RIJNDAEL_128 外， MCRYPT_RIJNDAEL_192/256 并未遵循 AES-192/256 标准进行加解密的算法，即如果你同其他系统通信（java/.net），使用 MCRYPT_RIJNDAEL_192/256 可能无法被其他严格按照 AES-192/256 标准的系统正确的数据解密。官方文档页面中也有人在 User Contributed Notes 中提及。这里给出如何使用 mcrpyt 做标注的 AES-128/192/256 加解密

即算法统一使用 MCRYPT_RIJNDAEL_128 ，并通过 key 的位数 来选定是以何种 AES 标准做的加密，iv 是建议添加且建议固定为16位（OpenSSL的 AES加密 iv 始终为 16 位，便于统一对齐），mode 选用的 CBC 模式。

mcrypt 在对数据进行加密处理时，如果发现数据长度与使用的加密算法的数据块长度未对齐，则会自动使用 "" 对待加密数据进行填充，但 "" 填充模式已不再被推荐，为了与其他系统有更好的兼容性，建议大家手动对数据进行 PKCS7 填充。

openssl 簇加密方法更为简单明确，mcrypt 还要将加密算法分为 cipher + mode 去指定，openssl 则只需要直接指定 method 为 AES-128-CBC，AES-192-CBC，AES-256-CBC 即可。且提供了三种数据处理模式，即 默认模式 0 / OPENSSL_RAW_DATA / OPENSSL_ZERO_PADDING 。

openssl 默认的数据填充方式是 PKCS7，为兼容 mcrpty 也提供处理 "0" 填充的数据的模式，具体为下：

options 参数即为重要，它是兼容 mcrpty 算法的关键：

options = 0 : 默认模式，自动对明文进行 pkcs7 padding，且数据做 base64 编码处理。
options = 1 : OPENSSL_RAW_DATA，自动对明文进行 pkcs7 padding， 且数据未经 base64 编码处理。
options = 2 : OPENSSL_ZERO_PADDING，要求待加密的数据长度已按 "0" 填充与加密算法数据块长度对齐，即同 mcrpty 默认填充的方式一致，且对数据做 base64 编码处理。注意，此模式下 openssl 要求待加密数据已按 "0" 填充好，其并不会自动帮你填充数据，如果未填充对齐，则会报错。

故可以得出 mcrpty簇 与 openssl簇 的兼容条件如下：

建议将源码复制到本地运行，根据运行结果更好理解。

1.二者使用的何种填充算法。

2.二者对数据是否有 base64 编码要求。

3.mcrypt 需固定使用 MCRYPT_RIJNDAEL_128，并通过调整 key 的长度 16, 24，32 来实现 ase-128/192/256 加密算法。

‘贰’ 用AES算法对整个文件加密，怎么做

1.加密，是以某种特殊的算法改变原有的信息数据，使得未授权的用户即使获得了已加密的信息，但因不知解密的方法，仍然无法了解信息的内容。例如对称算法亦或加密。

2.什么是异或算法
异或的特点是原始值经过两次异或某一个数后会变成原来的值，所以有时利用这个特性来进行加密，加密端把数据与一个密钥进行亏庆异或操作，生成密文。接收方收到密文后利用加密方提供的密钥进物侍行再次异或操作就能得到明文。

3.例程：
/*以DWORD为单位对文件进行加密，将每个DWORD与0xfcba0000(密钥)做异销蚂握或，写入另一个文件*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define DWORD unsigned long
#define BYTE unsigned char
#define false 0
#define true 1
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE *hSource;
FILE *hDestination;

DWORD dwKey=0xfcba0000;
char* pbBuffer;
DWORD dwBufferLen=sizeof(DWORD);
DWORD dwCount;
DWORD dwData;
if(argv[1]==0||argv[2]==0)
{
printf("missing argument!\n");
return false;
}

‘叁’ 什么是AES算法

加密算法分为单向加密和双向加密。
单向加密 包括 MD5 ， SHA 等摘要算法。单向加密算法是不可逆的，也就是无法将加密后的数据恢复成原始数据，除非采取碰撞攻击和穷举的方式。像是银行账户密码的存储，一般采用的就是单向加密的方式。

双向加密 是可逆的，存在密文的密钥，持有密文的一方可以根据密钥解密得到原始明文，一般用于发送方和接收方都能通过密钥获取明文的情况。双向加密包括对称加密和非对称加密。对称加密包括 DES 加密， AES 加密等，非对称加密包括 RSA 加密， ECC 加密。
AES 算法全称 Advanced Encryption Standard ,是 DES 算法的替代者，也是当今最流行的对称加密算法之一。

要想学习AES算法，首先要弄清楚三个基本的概念：密钥、填充、模式。

密钥是 AES 算法实现加密和解密的根本。对称加密算法之所以对称，是因为这类算法对明文的加密和解密需要使用同一个密钥。

AES支持三种长度的密钥：

128位，192位，256位

平时大家所说的AES128，AES192，AES256，实际上就是指的AES算法对不同长度密钥的使用。从安全性来看，AES256安全性最高。从性能来看，AES128性能最高。本质原因是它们的加密处理轮数不同。

要想了解填充的概念，我们先要了解AES的分组加密特性。AES算法在对明文加密的时候，并不是把整个明文一股脑加密成一整段密文，而是把明文拆分成一个个独立的明文块，每一个明文块长度128bit。

这些明文块经过AES加密器的复杂处理，生成一个个独立的密文块，这些密文块拼接在一起，就是最终的AES加密结果。

但是这里涉及到一个问题：

假如一段明文长度是192bit，如果按每128bit一个明文块来拆分的话，第二个明文块只有64bit，不足128bit。这时候怎么办呢？就需要对明文块进行填充（Padding）。AES在不同的语言实现中有许多不同的填充算法，我们只举出集中典型的填充来介绍一下。

不做任何填充，但是要求明文必须是16字节的整数倍。

如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符，且每个字节的值等于缺少的字符数。

比如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}

如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字节，最后一个字符值等于缺少的字符数，其他字符填充随机数。

比如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则可能补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6}

需要注意的是，如果在AES加密的时候使用了某一种填充方式，解密的时候也必须采用同样的填充方式。

AES的工作模式，体现在把明文块加密成密文块的处理过程中。AES加密算法提供了五种不同的工作模式：

ECB、CBC、CTR、CFB、OFB

模式之间的主题思想是近似的，在处理细节上有一些差别。我们这一期只介绍各个模式的基本定义。

电码本模式 Electronic Codebook Book

密码分组链接模式 CipherBlock Chaining

计算器模式 Counter

密码反馈模式 CipherFeedBack

输出反馈模式 OutputFeedBack

如果在AES加密的时候使用了某一种工作模式，解密的时候也必须采用同样的工作模式。

AES加密主要包括两个步骤： 密钥扩展 和 明文加密 。

密钥扩展过程说明（密钥为16字节）：

函数g的流程说明：

轮常量（Rcon）是一个字，最右边三个字节总为0。因此字与Rcon相异或，其结果只是与该字最左的那个字节相异或。每轮的轮常量不同，定位为Rcon[j] = (RC[j], 0, 0, 0)。（RC是一维数组）
RC生成函数：RC[1] = 1, RC[j] = 2 * RC[j – 1]。
因为16字节密钥的只进行10轮的扩展，所以最后生成的RC[j]的值按16进制表示为：

十轮的密钥扩展后，就能生成44个字大小的扩展密钥。扩展后的密钥将用于AES对明文的加密过程。

S盒是16×16个字节组成的矩阵，行列的索引值分别从0开始，到十六进制的F结束，每个字节的范围为（00-FF）。

进行字节代替的时候，把状态中的每个字节分为高4位和低4位。高4位作为行值，低4位作为列值，以这些行列值作为索引从S盒的对应位置取出元素作为输出，如下图所示：

S盒的构造方式如下：
（1） 按字节值得升序逐行初始化S盒。在行y列x的字节值是{yx}。
（2） 把S盒中的每个字节映射为它在有限域GF中的逆;{00}映射为它自身{00}。
（3） 把S盒中的每个字节的8个构成位记为(b7, b6, b5, b4, b3, b2, b1)。对S盒的每个字节的每个位做如下的变换：

ci指的是值为{63}的字节c的第i位。
解密过程逆字节代替使用的是逆S盒，构造方式为

字节d={05}。

逆向行移位将状态中后三行执行相反方向的移位操作，如第二行向右循环移动一个字节，其他行类似。

要注意，图示的矩阵的乘法和加法都是定义在GF(2^8)上的。
逆向列混淆原理如下：

轮密钥加后的分组再进行一次轮密钥加就能恢复原值.所以，只要经过密钥扩展和明文加密，就能将明文加密成密文，进行解密的时候，只需要进行逆向变换即可。

图[AES加密算法的流程]中还需要注意，明文输入到输入状态后，需要进行一轮的轮密钥加，对输入状态进行初始化。 前9轮的加密过程，都需要进行字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加，但是第10轮则不再需要进行列混淆。

进行解密的时候，需要进行逆向字节替代，逆向行移位、逆向列混淆和轮密钥加。

‘肆’ 使用C/C++语言,将DES/AES加密算法,用代码实现

哎，学校大作业吧。核心是des和aes的算法呗，自己一点点写代码量不很少呢。没时间给你写了。
不过有个很好的偷懒办法：建议lz你去找一下OpenSSL的源码。里面有AES，DES的原生C实现。现成函数。lz你直接从里面抠出来复制到你工程里就行了。。

‘伍’ 对称加密算法AES

AES（Advanced Encryption Standard），高级加密标准，对称算法，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高，在21世纪AES 标准简握仿的一个实现是 Rijndael 算法；
AES加密算法是密码学中的高级加密标准拦纤，该加密算法采用对称分组密码体制，密钥长度的最少支持为皮洞128、192、256，分组长度128位，算法应易于各种硬件和软件实现。这种加密算法是美国联邦政府采用的区块加密标准，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。
它适用于敏感内容进行加密传输，防止被窃取。

‘陆’ [简述AES高级加密标准]简述加密和解密技术的工作机制

1 引言 随着因特网的发展，信息传输及存储的安全问题成为影响因特网应用发展的重要因素。信息安全技术也就成为了人们研究因特网应用的新热点。 信息安全的研究包括密码理论与技术、安全协议睁档野与技术、安全体系结构理论、信息对抗理论与技术、网络安全与安全产品等领域，其中密码算法的理论与实现研究是信息安全研究的基础。

2 AES加密标准
1977年1月公布的数据加密标准DES(Data Encrption Standard)经过20年的实践应用后，现在已被认为是不可靠的。1997年1月美国国家标准和技术研究所(NIST)发布了高级加密标准(AES- FIPS)的研发计划，并于同年9月正式发布了征集候选算法公告[1]，NIST希望确定一种保护敏感信息的公开、免费并且全球通用的算法作为AES，以代替DES。NIST对算法的基本要求是：算法必须是私钥体制的分组密码，支持128位分组长度和129、192、256bits密钥长度。

3 AES的研究现状
从1997年NIST发布了高级加密标准AES的研发计划到现在，对AES的研究大致可以分成三个阶段。第一阶段是从1997到2000年，研究的主要方向是提出候选算法并对各候选算法的性能进行分析。在此期间共提出了十五个候选算法，最终Rijndael算法胜出并用于AES中。Rijndael算法是一种蠢塌可变分组长度和密钥长度的迭代型分组密码，它的分组长度和密钥长度均可独立地指定为128bits、192bits、256bits，它以其多方面的优良性能，成为AES的最佳选择。Rijndael算法能抵抗现在的所有己知密码攻击，它的密钥建立时间极短且灵活性强，它极低的内存要求使其非常适合在存储器受限的环境中使用，悉喊并且表现出很好的性能。第二阶段是从2000年Rijndael算法胜出后到2001年NIST发布FIPS PUBS 197文件前。在此阶段对AES的研究转到了对Rijndael算法的研究和分析、设计AES的工作模式上。第三阶段是从FIPS PUBS 197发布到现在。在此阶段，研究的方向可以分成两个主要方向：一个是继续研究Rijndael算法本身的性能，特别是其安全性分析；另一个就是AES的实现和应用的研究。
算法设计主要研究算法设计遵循的原则和整体结构，为性能分析提供了一条途径。从算法的结构上分析算法性能是简单有效的，研究算法整体结构上的缺陷为提出新的密码分析方法提供新的手段。另一方面，研究AES的算法设计对研发新的分组密码提供了设计原则和参考。目前分组数据加密算法的整体结构有两大类：Feistel网络、非平衡Feistel网络和SP网络。
性能分析主要研究算法的各项特性，性能分析主要可以分为实现分析和密码分析两类。实现分析主要研究AES算法可实现的能力。当前实现性分析主要集中在AES的硬、软件实现的难易度和实现算法的效率等领域中。密码分析则是在理论上对现有加密算法进行研究的主要方向。密码分析主要研究AES算法抵抗现有己知密码攻击的能力，即算法的安全性分析。当前主要攻击手段有：强力攻击、差分密码分析[2][3]、 线性密码分析[4]、Square攻击和插值攻击等。
但是随着密码分析技术的不断发展，积分分析、功耗分析和代数攻击等新的密码分析手段陆续出现。它们己成为密码分析新的研究方向[5]。

4 AES的实现
对于AES实现的研究主要集中在软件实现和硬件实现两个领域中。AES标准所选择的Rijndael算法遵循了分组密码设计的实现性原则，十分方便在软、硬件上实现。从AES实现的角度上看，当前研究的主要方向在各个算法步骤的优化实现。算法步骤针对不同的实现环境进行优化后，在应用中能获取更好的实际数据加密效果。其主要的研究成果集中在S-盒的生成算法优化、轮变换过程优化和密钥扩展优化三个方面。下面就软件实现和硬件实现在这三个方面的研究现状做一个简单介绍：
(1) 在微机上通过软件实现。这是利用AES算法保障计算机信息安全，特别是网络中信息传输与存储安全的主要途径。在软件实现中，轮变换过程优化则是软件实现算法优化的主要研究方向。密钥扩展优化也是研究的重点之一。AES所提供的密钥扩展方案保证了密钥扩展过程中的雪崩效应，也保证了密钥扩展方案的易实现性。此外，将其他的理论研究应用到分组数据加密算法中，也是实现研究的一个重要方向。
(2) 通过硬件芯片实现。AES算法对于存储空间的要求较小，算法过程相对比较简单，特别是经过有针对性的实现算法优化和精简后很易于利用硬件电路实现，因此现在许多相关的商业产品都是基于密码芯片的。

5 AES研究意义
目前，DES加密标准正在逐渐淡出加密标准的舞台，新加密标准AES正在获得越来越多的重视及应用。面对未来的发展，对AES产品的需求是非常巨大的。因此，对AES实现的探讨和研究具有很大的理论意义和实践意义。

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参考文献
[1]褚振勇，翁木云.FPGA设计及应用.西安电子科技大学出版社,2002，7.
[2]李玉山，来新泉.电子系统集成设计技术.电子工业出版社,2002,10.
[3]牛风举，刘元成，朱明程.基于IP复用的数字IC设计技术,2003,9.
[4]Joan Daemon, Vincent Rijmen.高级加密标准（AES）算法:Rijndael的设计.谷大武，徐胜波,译.清华大学出版社,2003,3.
[5]Bruce Schneie.应用密码学:协议、算法与C源程序.昊世忠，祝世雄，张文政,等,译.机械工业出版社,2000,1.

作者简介：李佳（1976-），女，河北唐山人，讲师，北京科技大学工程硕士，主要研究网络数据安全。

‘柒’ 加密算法之AES

AES采用分组密码体制，首先将明文分成以16个字节长度为基准字节段，如果最后不足16字节则同样使用填充。然后分组对每段字节段进行加密得到密文，再将最后得到的密文拼接在一起形成最终的密文。AES算法的密钥长度可以分为128位，256位，512位。

整个加密过程如下图所示:

功能实现，在客户端中将明文进行AES加密后通过TCP链接发送至另一个客户端，另一端通过密钥对密文进行解密得到明文

‘捌’ AES加密的详细过程是怎么样的

AES加密算法怎样进行改进AES利用循环群复原复杂性作为安全依赖，改进算法本身没有特别的意义。只有在编程时利用指针缩短乘法运算的处理器时间才是最终方法。 热心网友?aes加密算法有多少种模式求AES加密中MixColumn函数的C语言写法aes的解密算法和加密算法有什么不同AES(Advanced Encryption Standard)：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高。 用AES加密2000年10月，NIST（美国国家标准和技术协会）宣布通过从15种候选算法中选出的一项新的密匙加密标准。Rijndael被选中成为将来的AES。Rijndael是在1999年下半年，由研究员Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 创建的。AES正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准。 美国标准与技术研究院（NIST）于2002年5月26日制定了新的高级加密标准（AES）规范。 算法原理 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。与公共密钥加密使用密钥对不同，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。

‘玖’ AES加密的详细过程是怎么样的

详细过程如下图：

AES加密标准又称为高级加密标准Rijndael加密法，是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的21世纪的加密标准。AES的基本要求是，采用对称分组密码体制，密钥长度可以为128、192或256位，分组长度128位，算法应易在各种硬件和软件上实现。

1998年NIST开始AES第一轮分析、测试和征集，共产生了15个候选算法。

1999年3月完成了第二轮AES2的分析、测试。2000年10月2日美国政府正式宣布选中比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen提出的一种密码算法Rijndael作为AES的加密算法。

AES加密数据块和密钥长度可以是128b、192b、256b中的任意一个。AES加密有很多轮的重复和变换。

‘拾’ AES加密算法原理

一般的加密通常都是块加密，如果要加密超过块大小的数据，就需要涉及填充和链加密模式，本文对对称加密和分组加密中的几种种模式进行一一分析(ECB、CBC、CFB、OFB,CTR)

这种模式是将整个明文分成若干段相同的小段，然后对每一小段进行加密。

优点:

这种模式是先将明文切分成若干小段，然后每一小段与初始块或者上一段的密文段进行异或运算后，再与密钥进行加密。

优点：

计算器模式不常见，在CTR模式中， 有一个自增的算子，这个算子用密钥加密之后的输出和明文异或的结果得到密文，相当于一次一密。这种加密方式简单快速，安全可靠，而且可以并行加密，但是 在计算器不能维持很长的情况下，密钥只能使用一次 。CTR的示意图如下所示：

优点：

优点：

优点：