目錄

AES

發展史

概述

輪函式F

位元組代換

行移位

列混淆

輪密鑰加

密鑰編排

AES和DES的不同之處

分組模式CTR

AES的Go實作

aes包

cipher包

加密/解密

參考

本篇介紹分組密碼AES的相關內容及Go實作，分組密碼演算法設計思想及其他分組模式可查看文章：Go-Des和3Des演算法詳解與代碼

AES

發展史

RSA公司舉辦過破譯DES的比賽（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小時；
• 1999年的DES ChallengeII中用了22小時15分鐘，

DES被破解，3DES過度后終于迎來了AES，

• 1997年4月15日，美國ANSI向全球發起征集AES(advanced encryptionstandard)的活動，并為此成立了AES作業小組，
• 1997年9月12日，美國聯邦登記處公布了正式征集AES候選演算法的通告，對AES的基本要求是：比三重DES快、至少與三重DES一樣安全、資料分組長度為128位元、密鑰長度為128/192/256位元，
• 1998年8月12日，在首屆AES候選會議（first AES candidate conference)上公布了AES的15個候選演算法，任由全世界各機構和個人攻擊和評論，
• 1999年3月，在第2屆AES候選會議（second AES candidate conference)上經過對全球各密碼機構和個人對候選演算法分析結果的討論，從15個候選演算法中選出了5個，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候選會議（third AES candidateconference)，繼續對最后5個候選演算法進行討論，
• 2000年10月2日，NIST宣布Rijndael（Rijndael由比利時的Joan Daemen和Vincent Rijmen設計，演算法的原型是 Square演算法）作為新的AES，經過3年多的公開討論，Riindael終于脫穎而出，

概述

• 分組加密演算法：明文和密文分組可變長度，
• SPN（S變換和P變換組成的變換網路）結構：輪函式包含代換層一置換層一密鑰混合層，

輪函式F

位元組代換

列的每個元素作為輸入用來指定S盒的地址：前4位指定S盒的行，后4位指定S盒的列，由行和列所確定的S盒位置的元素取代了明文矩陣中相應位置的元素，

S盒如下(反向使用S^-1盒即可)

明文：10000111，前4位為8，后四位為7，替換為S(8,7)=17=00010001

行移位

行移位操作是作用于S盒的輸出的，其中，列的4個行 螺旋 地左移，即第0行左移0位元組，第1行左移1位元組，第2行左移2位元組，第3行左移3位元組，如下圖所示，從該圖中可以看出， 這使得列完全進行了重排，即在移位后的每列中，都包含有 未移位前每個列的一個位元組，接下來就可以進行列內混合了， (逆向行移位變換將中間態資料的后三行執行相反方向的移位操作)

列混淆

在列混淆變換中，將行移位后的狀態陣列的每個列視為GF()上的多項式，再與一個固定的多項式c(x)進行模乘法，要求c(x) 是模可逆的多項式， c(x)=’03’+’01’+’01’x+’02’，

輪密鑰加

密鑰編排

密鑰編排指從種子密鑰得到輪密鑰的程序，AES的密鑰編排由密鑰擴展和輪密鑰選取兩部分組成，其基本原則如下：

1. 輪密鑰的總位元數等于輪數加1再乘以分組長度；如128位元的明文經過10輪的加密，則總共需 要（10+1）*128=1408位元的密鑰.，
2. 種子密鑰被擴展成為擴展密鑰；
3. 輪密鑰從擴展密鑰中取，其中第1輪輪密鑰取擴展密鑰的前個字，第2輪輪密鑰取接下來的個字，依次類推，

密鑰擴展

擴展密鑰是以4位元組字為元素的一維陣列，表示為W[* (Nr +1)]，其中前個字取為種子密鑰， 以后每個字按遞回方式定義，擴展演算法根據≤6和>6有所不同，

輪密鑰選取

輪密鑰i（即第i個輪密鑰）由輪密鑰緩沖字 W[* i]到W[*(i+1)]給出

AES和DES的不同之處

• AES的密鑰長度(128位、192位、256位)是可變的，而DES的 密鑰長度固定為56位，
• DES是面向位元的運算，AES是面向位元組的運算，
• AES的加密運算和解密運算不一致，因而加密器不能同時 用作解密器，而DES的加密器可用作解密器，只是子密鑰 的順序不同，

分組模式CTR

加密不同的明文分組所用的計數器值必須不同(模運 算，其中d是分組長度)，

AES的Go實作

aes包

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

創建一個cipher.Block介面，引數key為密鑰，長度只能是16、24、32位元組，用以選擇AES-128、AES-192、AES-256，

cipher包

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

回傳一個計數器模式的、底層采用block生成key流的Stream介面，初始向量iv的長度必須等于block的塊尺寸，

stream介面的方法

XORKeyStream(dst, src []byte)

從加密器的key流和src中依次取出位元組二者xor后寫入dst，src和dst可指向同一記憶體地址

加密/解密

• 使用aes.NewCipher獲取塊
• 使用cipher.CTR轉為CTR模式流
• 使用stearm.XORKeyStream進行加解密

// plainText：明文
// iv： 初始化向量
// key：密鑰
// 回傳密文/明文，以及錯誤
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
}

代碼我放到了gitee上：https://gitee.com/frankyu365/gocrypto

您可以查看倉庫Readme檔案或Go-包管理(管理工具對比及go mod的使用)來進行安裝

測驗代碼

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

參考

《現代密碼學教程 谷利澤 楊義先等》

AES的發展史

Go標準庫-crypto/aes

Go標準庫-crypto/cipher

更多Go相關內容：Go-Golang學習總結筆記

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