Go-AES算法详解与代码

目录

AES

发展史

概述

轮函数F

字节代换

行移位

列混淆

轮密钥加

密钥编排

AES和DES的不同之处

分组模式CTR

AES的Go实现

aes包

cipher包

加密/解密

参考


本篇介绍分组密码AES的相关内容及Go实现,分组密码算法设计思想及其他分组模式可查看文章:Go-Des和3Des算法详解与代码

AES

发展史

    RSA公司举办过破译DES的比赛(DES Challenge):

  • 1997年的DES ChallengeI中用了96天
  • 1998年的DES ChallengeII-1中用了41天
  • 1998年的DES ChallengeII-2中用了56小时
  • 1999年的DES ChallengeII中用了22小时15分钟

DES被破解,3DES过度后终于迎来了AES。

  • 1997年4月15日,美国ANSI向全球发起征集AES(advanced encryptionstandard)的活动,并为此成立了AES工作小组。
  • 1997年9月12日,美国联邦登记处公布了正式征集AES候选算法的通告。对AES的基本要求是:比三重DES快、至少与三重DES一样安全、数据分组长度为128比特、密钥长度为128/192/256比特。
  • 1998年8月12日,在首届AES候选会议(first AES candidate conference)上公布了AES的15个候选算法,任由全世界各机构和个人攻击和评论。
  • 1999年3月,在第2届AES候选会议(second AES candidate conference)上经过对全球各密码机构和个人对候选算法分析结果的讨论,从15个候选算法中选出了5个。分别是RC6、Rijndael、SERPENT、Twofish和MARS。
  • 2000年4月13日至14日,召开了第3届AES候选会议(third AES candidateconference),继续对最后5个候选算法进行讨论。
  • 2000年10月2日,NIST宣布Rijndael(Rijndael由比利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen设计。算法的原型是 Square算法作为新的AES。经过3年多的公开讨论,Riindael终于脱颖而出。

概述

  •  分组加密算法:明文和密文分组可变长度。
  • SPN(S变换和P变换组成的变换网络)结构:轮函数包含代换层一置换层一密钥混合层。
版本 密钥长度 分组长度 迭代轮数
AES-128 4 4 10
AES-192 6 4 12
AES-256 8 4 14

轮函数F

 

字节代换

列的每个元素作为输入用来指定S盒的地址:前4位指定S盒的后4位指定S盒的。由行和列所确定的S盒位置的元素取代了明文矩阵中相应位置的元素。

Go-AES算法详解与代码

 S盒如下(反向使用S^-1盒即可)

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明文:10000111,前4位为8,后四位为7,替换为S(8,7)=17=00010001

行移位

行移位操作是作用于S盒的输出的,其中,列的4个行 螺旋 地左移,即第0行左移0字节第1行左移1字节第2行左移2字节第3行左移3字节,如下图所示。从该图中可以看出, 这使得列完全进行了重排,即在移位后的每列中,都包含有 未移位前每个列的一个字节。接下来就可以进行列内混合了。 (逆向行移位变换将中间态数据的后三行执行相反方向的移位操作)

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列混淆

在列混淆变换中,将行移位后的状态阵列的每个列视为GF(Go-AES算法详解与代码)上的多项式,再与一个固定的多项式c(x)进行模Go-AES算法详解与代码乘法,要求c(x) 是模Go-AES算法详解与代码可逆的多项式。 c(x)=’03’Go-AES算法详解与代码+’01’Go-AES算法详解与代码+’01’x+’02’。

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轮密钥加

 

密钥编排

密钥编排指从种子密钥得到轮密钥的过程,AES的密钥编排由密钥扩展轮密钥选取两部分组成,其基本原则如下:

  1. 轮密钥的总比特数等于轮数加1再乘以分组长度;如128比特的明文经过10轮的加密,则总共需 要(10+1)*128=1408比特的密钥.。
  2. 种子密钥被扩展成为扩展密钥
  3. 轮密钥从扩展密钥中取,其中第1轮轮密钥取扩展密钥的前Go-AES算法详解与代码个字,第2轮轮密钥取接下来的Go-AES算法详解与代码个字,依次类推。

密钥扩展

扩展密钥是以4字节字为元素的一维阵列,表示为W[Go-AES算法详解与代码* (Nr +1)],其中前Go-AES算法详解与代码个字取为种子密钥, 以后每个字按递归方式定义。扩展算法根据Go-AES算法详解与代码≤6和Go-AES算法详解与代码>6有所不同。

轮密钥选取

轮密钥i(即第i个轮密钥)由轮密钥缓冲字 W[Go-AES算法详解与代码* i]到W[Go-AES算法详解与代码*(i+1)]给出

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AES和DES的不同之处

  • AES的密钥长度(128位、192位、256位)是可变的,而DES的 密钥长度固定为56位。
  • DES是面向比特的运算,AES是面向字节的运算。
  • AES的加密运算和解密运算不一致,因而加密器不能同时 用作解密器,而DES的加密器可用作解密器,只是子密钥 的顺序不同。

分组模式CTR

加密不同的明文分组所用的计数器值必须不同(模Go-AES算法详解与代码运 算,其中d是分组长度)。

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AES的Go实现

aes包

func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error)

创建一个cipher.Block接口。参数key为密钥,长度只能是16、24、32字节,用以选择AES-128、AES-192、AES-256。

cipher包

func NewCTR(block Block, iv []byte) Stream

返回一个计数器模式的、底层采用block生成key流的Stream接口,初始向量iv的长度必须等于block的块尺寸。

stream接口的方法

XORKeyStream(dst, src []byte)

从加密器的key流和src中依次取出字节二者xor后写入dst,src和dst可指向同一内存地址

加密/解密

  • 使用aes.NewCipher获取块
  • 使用cipher.CTR转为CTR模式流
  • 使用stearm.XORKeyStream进行加解密
// plainText:明文 // iv: 初始化向量 // key:密钥 // 返回密文/明文,以及错误 func AesEncrypt(plainText, iv,key []byte) ([]byte,error) { 	block, err :=aes.NewCipher(key) 	if err != nil{ 		_, file, line, _ := runtime.Caller(0) 		return nil,util.Error(file,line+1,errors.AesKeyError) 	} 	if len(iv) != block.BlockSize(){ 		_, file, line, _ := runtime.Caller(0) 		return nil,util.Error(file,line+1,errors.AesIvError) 	} 	// create a CTR interface 	stream := cipher.NewCTR(block,iv) 	cipherText := make([]byte,len(plainText)) 	// encrypt or decrypt 	stream.XORKeyStream(cipherText,plainText) 	return cipherText,nil }

代码我放到了gitee上:https://gitee.com/frankyu365/gocrypto

您可以查看仓库Readme文档或Go-包管理(管理工具对比及go mod的使用)来进行安装

测试代码

	iv := []byte("12345678qwertyui") 	key:= []byte("12345678abcdefgh09876543alnkdjfh") 	plainText := []byte("Hi,I'm lady_killer9") 	cipherText,_ := aes.AesEncrypt(plainText,iv,key) 	fmt.Printf("加密后:%sn",cipherText) 	decryptText,_ := aes.AesDecrypt(cipherText,iv,key) 	fmt.Printf("解密后:%sn",decryptText)

 

Go-AES算法详解与代码

参考

《现代密码学教程 谷利泽 杨义先等》

AES的发展史

Go标准库-crypto/aes

Go标准库-crypto/cipher

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版权声明:玥玥 发表于 2021-06-13 2:24:19。
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