(网络空间安全技术实践)6.3aes密码算法编程实验

6.3 AES密码算法编程实验,实验目的： 掌握AES密码加解密原理，并利用Visual C+编程实现。 实验内容： 编程实现字符串”Hi, this is AES!”的加密，并且解密验证之。,网络空间安全实践教程,1,6.3 AES密码算法编程实验,实验原理： AES的分组长度与密钥长度可变，在不同情况下，变换的轮数也不同，在本次实验中，简单起见，令分组长度与密钥长度均为128bit，变换的轮数为10 明文分组：128bit 密钥：128bit 密文分组：128bit 加解密： 使用10轮变换，除了最后一轮变换不包含列混合外，每轮变换均包含字节 替换、行移位、列混合、轮密钥加四个操作。,网络空间安全实践教程,2,6.3 AES密码算法编程实验,实验原理： AES状态矩阵： 将128bit的分组分为16个字节，并排成4乘4的矩阵，如下图 矩阵的每一列(4字节，即32bit)称为一个字，而AES的每一轮变换输出都是4乘4的状态矩阵。,网络空间安全实践教程,3,6.3 AES密码算法编程实验,实验原理： 密钥扩展 输入128位密钥，扩展成11轮的轮密钥K0, K1,K10 轮变换 每一轮核心运算，包含字节替换、行移位、列混合、轮密钥加四个操作 加解密 输入明文128bit，作为第0轮的状态矩阵State 经过10轮变换，输出密文128bit,网络空间安全实践教程,4,6.3 AES密码算法编程实验,实验原理： 密钥扩展： 输入初始密钥128bit，排成4乘4的状态 矩阵，第四列字经过字循环、字节替换 和Rcon置换，得到的结果与初始密钥的 第一列字异或得到首轮子密钥的第一列字， 输出结果再与初始密钥的第二列字异或 生成首轮子密钥的第二列字。 以此类推，共生成11轮子密钥。,网络空间安全实践教程,5,6.3 AES密码算法编程实验,实验原理： 轮变换： 字节替换(SubBytes)： 状态矩阵的每个字节经过S盒进行替换 行移位(ShiftRows)： 状态矩阵的第i行循环左移i个字节,网络空间安全实践教程,6,6.3 AES密码算法编程实验,实验原理： 轮变换： 列混合(MixColumns)： 状态矩阵的每一列字看成是系数取自GF(28) 的低于四次的多项式，把字多项式乘以 c(x) = 03x3 + 01x2 + 01x + 02，再取模x4 + 1， 得到新的字。 轮密钥加(ShiftRows)： 将轮密钥与状态矩阵的对应字节按位异或,网络空间安全实践教程,7,6.3 AES密码算法编程实验,实验要点说明： 使用无符号字符(unsigned char)二维数组表示AES的状态矩阵 有限域GF(28)上的乘法为对应多项式相乘，再模多项式 m(x) = x8 + x4 + x3 + x + 1 解密时需要编写逆字节替换、逆行移位、逆列混合等操作 逆列混合相当于乘以d(x) = 0Bx3 + 0Dx2 + 09x + 0E，再取模x4 + 1,网络空间安全实践教程,8,6.3 AES密码算法编程实验,实验准备： Windows 操作系统 Visual Studio 2010以上开发环境,网络空间安全实践教程,9,6.3 AES密码算法编程实验,实验步骤： 利用Visual C+开发环境，构建类似右图的 AES密码加解密界面。 编写加密按钮事件：从明文框中读入 字符序列，从密钥框中读入16字节(128bit) 密钥，对明文进行分组加密运算， 并在密文框中输出。 编写解密按钮事件：从密文框中读入字符 序列，从密钥框中读入密钥，对密文进行 分组解密运算，并在解密的明文框中输出。,网络空间安全实践教程,10,6.3 AES密码算法编程实验,实验结果要求： 根据参考函数功能编写AES加密和解密，给出关键编程思路。 总结实验过程中遇到的问题和经验。,网络空间安全实践教程,11,6.3 AES密码算法编程实验,实验视频：,网络空间安全实践教程,12,