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不同于它的前任標(biāo)準(zhǔn)DES,Rijndael使用的是代換-置換網(wǎng)絡(luò),而非Feistel架構(gòu)。AES在軟件及硬件上都能快速地加解密,相對來說較易于實(shí)現(xiàn),且只需要很少的存儲(chǔ)器。作為一個(gè)新的加密標(biāo)準(zhǔn),目前正被部署應(yīng)用到更廣大的范圍。

1997年9月12日,美國聯(lián)邦登記處公布了正式征集AES候選算法的通告。對AES的基本要求是: 比三重DES快、至少與三重DES一樣安全、數(shù)據(jù)分組長度為128比特、密鑰長度為128/192/256比特。

1998年8月12日,在首屆AES候選會(huì)議(first AES candidate conference)上公布了AES的15個(gè)候選算法,任由全世界各機(jī)構(gòu)和個(gè)人攻擊和評論。

1999年3月,在第2屆AES候選會(huì)議(second AES candidate conference)上經(jīng)過對全球各密碼機(jī)構(gòu)和個(gè)人對候選算法分析結(jié)果的討論,從15個(gè)候選算法中選出了5個(gè)。分別是RC6、Rijndael、SERPENT、Twofish和MARS。

2000年4月13日至14日,召開了第3屆AES候選會(huì)議(third AES candidate conference),繼續(xù)對最后5個(gè)候選算法進(jìn)行討論。

2000年10月2日,NIST宣布Rijndael作為新的AES。經(jīng)過3年多的討論,Rijndael終于脫穎而出。

Rijndael由比利時(shí)的Joan Daemen和Vincent Rijmen設(shè)計(jì)。算法的原型是Square算法,它的設(shè)計(jì)策略是寬軌跡策略(wide trail strategy)。算法有很好的抵抗差分密碼分析及線性密碼分析的能力。

① 抵抗所有已知的攻擊。

② 在多個(gè)平臺(tái)上速度快，編碼緊湊。

③ 設(shè)計(jì)簡單。

當(dāng)前的大多數(shù)分組密碼，其輪函數(shù)是Feistel結(jié)構(gòu)。

Rijndael沒有這種結(jié)構(gòu)。

Rijndael輪函數(shù)是由3個(gè)不同的可逆均勻變換

Rijndael (State, ExpandedKey)

{

AddRoundKey (State, ExpandedKey);

for (i=1; i

Round (State, ExpandedKey+Nb* i);

FinalRound (State, ExpandedKey+Nb*Nr)

}

Round (State, RoundKey)

{

ByteSub (State);

ShiftRow (State);

MixColumn (State);

AddRoundKey (State, RoundKey)

}

FinalRound (State, RoundKey)

{

ByteSub (State);

ShiftRow (State);

AddRoundKey (State, RoundKey)

}

大多數(shù)AES計(jì)算是在一個(gè)特別的有限域完成的。

AES加密過程是在一個(gè)4×4的字節(jié)矩陣上運(yùn)作,這個(gè)矩陣又稱為"狀態(tài)(state)",其初值就是一個(gè)明文區(qū)塊(矩陣中一個(gè)元素大小就是明文區(qū)塊中的一個(gè)Byte)。(Rijndael加密法因支持更大的區(qū)塊,其矩陣行數(shù)可視情況增加)加密時(shí),各輪AES加密循環(huán)(除最后一輪外)均包含4個(gè)步驟:

AddRoundKey - 矩陣中的每一個(gè)字節(jié)都與該次輪秘鑰(round key)做XOR運(yùn)算;每個(gè)子密鑰由密鑰生成方案產(chǎn)生。
SubBytes - 通過非線性的替換函數(shù),用查找表的方式把每個(gè)字節(jié)替換成對應(yīng)的字節(jié)。
ShiftRows - 將矩陣中的每個(gè)橫列進(jìn)行循環(huán)式移位。
MixColumns - 為了充分混合矩陣中各個(gè)直行的操作。這個(gè)步驟使用線性轉(zhuǎn)換來混合每列的四個(gè)字節(jié)。
最后一個(gè)加密循環(huán)中省略MixColumns步驟,而以另一個(gè)AddRoundKey取代。

AES是美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所NIST旨在取代DES的21世紀(jì)的加密標(biāo)準(zhǔn)。

AES的基本要求是,采用對稱分組密碼體制,密鑰的長度最少支持為128、192、256,分組長度128位,算法應(yīng)易于各種硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。1998年NIST開始AES第一輪分析、測試和征集,共產(chǎn)生了15個(gè)候選算法。1999年3月完成了第二輪AES2的分析、測試。2000年10月2日美國政府正式宣布選中比利時(shí)密碼學(xué)家Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 提出的一種密碼算法RIJNDAEL 作為 AES.

在應(yīng)用方面,盡管DES在安全上是脆弱的,但由于快速DES芯片的大量生產(chǎn),使得DES仍能暫時(shí)繼續(xù)使用,為提高安全強(qiáng)度,通常使用獨(dú)立密鑰的三級DES。但是DES遲早要被AES代替。流密碼體制較之分組密碼在理論上成熟且安全,但未被列入下一代加密標(biāo)準(zhǔn)。

AES加密數(shù)據(jù)塊分組長度必須為128比特,密鑰長度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一個(gè)(如果數(shù)據(jù)塊及密鑰長度不足時(shí),會(huì)補(bǔ)齊)。AES加密有很多輪的重復(fù)和變換。大致步驟如下:1、密鑰擴(kuò)展(KeyExpansion),2、初始輪(Initial Round),3、重復(fù)輪(Rounds),每一輪又包括:SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey,4、最終輪(Final Round),最終輪沒有MixColumns。