概述
這里是波士頓大學(xué)的Howard Straubing做的一段很直白的動畫吹散。
AES加密過程是在一個4×4的字節(jié)矩陣上運(yùn)作，這個矩陣又稱為“體（state）”，其初值就是一個明文區(qū)塊（矩陣中一個
元素大小就是明文區(qū)塊中的一個Byte）古话。（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）加密時锁施，
各輪AES加密循環(huán)（除最后一輪外）均包含4個步驟：
- AddRoundKey—矩陣中的每一個字節(jié)都與該次回合密鑰（round key）做XOR運(yùn)算陪踩；每個子密鑰由密鑰生成方案產(chǎn)生杖们。
- SubBytes—通過一個非線性的替換函數(shù)，用查找表的方式把每個字節(jié)替換成對應(yīng)的字節(jié)肩狂。
- ShiftRows—將矩陣中的每個橫列進(jìn)行循環(huán)式移位摘完。
- MixColumns—為了充分混合矩陣中各個直行的操作。這個步驟使用線性轉(zhuǎn)換來混合每內(nèi)聯(lián)的四個字節(jié)傻谁。最后一個加密循環(huán)中省略MixColumns步驟孝治，而以另一個AddRoundKey替換。
表2.2 AES密鑰長度與輪數(shù)的關(guān)系
| 密鑰長度 | 128 | 192 | 256 |
| 圈數(shù) | 10 | 12 | 14 |
S盒變換（SubBytes）
矩陣中的各字節(jié)通過一個8位的S-box進(jìn)行轉(zhuǎn)換栅螟。這個步驟提供了加密法非線性的變換能力荆秦。S-box與GF（28）上的乘法反元素有關(guān)，已知具有良好的非線性特性力图。為了避免簡單代數(shù)性質(zhì)的攻擊步绸，S-box結(jié)合了乘法反元素及一個可逆的仿射變換矩陣建構(gòu)而成。此外在建構(gòu)S-box時吃媒，刻意避開了固定點(diǎn)與反固定點(diǎn)瓤介，即以S-box替換字節(jié)的結(jié)果會相當(dāng)于錯排的結(jié)果。AES算法中的S盒如圖2.2所示
例如一個字節(jié)為0x19赘那，經(jīng)過S盒變換查找n(1,9) = 0xd4,所以就替換為0xd4刑桑。
行變換 （ShiftRows）
ShiftRows描述矩陣的行操作。在此步驟中募舟，每一行都向左循環(huán)位移某偏移量祠斧。在AES中（區(qū)塊大小128位），第一行維持不變拱礁，第二行里的每個字節(jié)都向左循環(huán)移動一格琢锋。同理，第三行及第四行向左循環(huán)位移的偏移量就分別是2和3呢灶。經(jīng)過ShiftRows之后吴超，矩陣中每一豎列，都是由輸入矩陣中的每個不同列中的元素組成鸯乃。
列變換 （MixColumns）
在MixColumns步驟鲸阻，每一列的四個字節(jié)通過線性變換互相結(jié)合。每一列的四個元素分別當(dāng)作 的系數(shù)缨睡，合并即為GF（28）中的一個多項(xiàng)式鸟悴，接著將此多項(xiàng)式和一個固定的多項(xiàng)式在modulo 下相乘。此步驟亦可視為Rijndael有限域之下的矩陣乘法宏蛉。MixColumns函數(shù)接受4個字節(jié)的輸入遣臼，輸出4個字節(jié)，每一個輸入的字節(jié)都會對輸出的四個字節(jié)造成影響拾并。因此ShiftRows和MixColumns兩步驟為這個密碼系統(tǒng)提供了擴(kuò)散性揍堰。
擴(kuò)展密鑰（AddRoundKey）
AES算法利用外部輸入密鑰K(密鑰串的字?jǐn)?shù)為Nk),通過密鑰的擴(kuò)展程序得到共計(jì)4(Nr+1)字的擴(kuò)展密鑰鹏浅。它涉及如下三個模塊:
(1)位置變換(rotword)——把一個4字節(jié)的序列[A,B,C,D]變化成[B,C,D,A]；
(2)S盒變換(subword)——對一個4字節(jié)進(jìn)行S盒代替屏歹；
(3)變換Rcon[i]——Rcon[i]表示32位比特字[xi-1,00,00,00]隐砸。這里的x是（02），如 Rcon[1]=[01000000]蝙眶；Rcon[2]=[02000000]季希；Rcon[3]=[04000000]……
擴(kuò)展密鑰的生成：擴(kuò)展密鑰的前Nk個字就是外部密鑰K；以后的字W[[ｉ]]等于它前一個字W[[i-1]]與前第Nk個字W[[i-Nk]]的“異或”,即W[[ｉ]]=W[[i-1]]W[[ｉ- Nk]]幽纷。但是若ｉ為Nk的倍數(shù),則W[ｉ]=W[i-Nk]Subword(Rotword(W[[ｉ-1]]))Rcon[i/Nk]式塌。
