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
AES
发展史文章：Go-Des和3Des算法详解与代码
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盒的行，后4位指定S盒的列。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。
S盒如下(反向使用S^-1盒即可)
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)
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(
)上的多项式，再与一个固定的多项式c(x)进行模
乘法，要求c(x) 是模
可逆的多项式。 c(x)=’03’
+’01’
+’01’x+’02’。
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和轮密钥选取两部分组成，其基本原则如下：
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.。
种子密钥被扩展成为扩展密钥；
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个字，第2轮轮密钥取接下来的个字，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[* (Nr +1)]，其中前个字取为种子密钥， 以后每个字按递归方式定义。扩展算法根据≤6和>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[* i]到W[*(i+1)]给出
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
运 算，其中d是分组长度)。
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:%s\n",cipherText) decryptText,_ := aes.AesDecrypt(cipherText,iv,key) fmt.Printf("解密后:%s\n",decryptText)
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
更多Go相关内容：Go-Golang学习总结笔记
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