📄 aes.cpp
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#include "StdAfx.h" //注意在此 #include "Aes.h"不可以放在前面，否则出错，
#include "Aes.h"
Aes::~Aes()
{
}
Aes::Aes()
{
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//构造函数
Aes::Aes(int keysize,unsigned char* keyBytes)
{
SetNbNkNr(keysize); //设置密钥块数，轮数
memcpy(key,keyBytes,keysize); //字符串拷贝函数，把keyBytes的keysize个字符复制到key中
KeyExpansion(); //密钥扩展，必须提前做的初始化
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int Aes::SetNbNkNr(int keySize)
{
Nb=4;
if(keySize == Bits128)
{
Nk=4; //4*4字节，128位密钥，10轮加密
Nr=10;
}
else if(keySize == Bits192)
{
Nk=6; //6*4字节，192位密钥，12轮加密
Nr=12;
}
else if(keySize == Bits256)
{
Nk=8; //8*4字节，256位密钥，14轮加密
Nr=14;
}
return 1;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int Aes::KeyExpansion()
{
int row=0;
memset(w,0,16*15);
for(row;row<Nk;row++) //拷贝seed 密钥
{
w[4*row+0] = key[4*row];
w[4*row+1] = key[4*row+1];
w[4*row+2] = key[4*row+2];
w[4*row+3] = key[4*row+3];
}
byte* temp = new byte[4];
for(row=Nk;row<4*(Nr+1);row++)
{
temp[0]=w[4*row-4]; //当前列的前一列
temp[1]=w[4*row-3];
temp[2]=w[4*row-2];
temp[3]=w[4*row-1];
if(row%Nk==0) //逢nk时，对当前列的前一列作特殊处理
{
temp=SubWord(RotWord(temp)); //先移位，再代换，最后和轮常量异或
temp[0] = (byte)( (int)temp[0] ^ (int) AesRcon[4*(row/Nk)+0] );
temp[1] = (byte)( (int)temp[1] ^ (int) AesRcon[4*(row/Nk)+1] );
temp[2] = (byte)( (int)temp[2] ^ (int) AesRcon[4*(row/Nk)+2] );
temp[3] = (byte)( (int)temp[3] ^ (int) AesRcon[4*(row/Nk)+3] );
}
else if ( Nk > 6 && (row % Nk == 4) ) //这个还没有搞清楚
{
temp = SubWord(temp);
}
// w[row] = w[row-Nk] xor temp
w[4*row+0] = (byte) ( (int) w[4*(row-Nk)+0] ^ (int)temp[0] );
w[4*row+1] = (byte) ( (int) w[4*(row-Nk)+1] ^ (int)temp[1] );
w[4*row+2] = (byte) ( (int) w[4*(row-Nk)+2] ^ (int)temp[2] );
w[4*row+3] = (byte) ( (int) w[4*(row-Nk)+3] ^ (int)temp[3] );
} // for loop
return 1;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//密钥移位函数
unsigned char* Aes::RotWord(unsigned char* word)
{
byte* temp = new byte[4];
temp[0] = word[1];
temp[1] = word[2];
temp[2] = word[3];
temp[3] = word[0];
return temp;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//密钥字代换函数
unsigned char* Aes::SubWord(unsigned char* word)
{
byte* temp = new byte[4];
for(int j=0;j<4;j++)
{
temp[j] = AesSbox[16*(word[j] >> 4)+(word[j] & 0x0f)]; //实际上也可以写成AesSbox[[j]];因为两者相等
}
return temp;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Aes加密函数
void Aes::Cipher(unsigned char* input, unsigned char* output)
{
memset(&State[0][0],0,16);
for(int i=0;i<4*Nb;i++) //这里是先写列后写行的，即输入是一列一列的进来的
{
State[i%4][i/4]=input[i]; //换成先写行后写列也是可以的，只要在输出时也是这样就可以了
}
AddRoundKey(0); //轮密钥加
for (int round = 1; round <= (Nr - 1); round++) // main round loop
{
SubBytes(); //字节代换
ShiftRows(); //行移位
MixColumns(); //列混淆
AddRoundKey(round); //轮密钥加
} // main round loop
SubBytes(); //字节代换
ShiftRows(); //行移位
AddRoundKey(Nr); //轮密钥加
// output = state
for (i = 0; i < (4 * Nb); i++)
{
output[i] = State[i % 4][ i / 4];
}
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Aes解密函数
int Aes::InvCipher(unsigned char* input,unsigned char* output)
{
memset(&State[0][0],0,16);
for (int i = 0; i < (4 * Nb); i++)
{
State[i % 4][ i / 4] = input[i];
}
AddRoundKey(Nr);
for (int round = Nr-1; round >= 1; round--) // main round loop
{
InvShiftRows();
InvSubBytes();
AddRoundKey(round);
InvMixColumns();
} // end main round loop for InvCipher
InvShiftRows();
InvSubBytes();
AddRoundKey(0);
// output = state
for (i = 0; i < (4 * Nb); i++)
{
output[i] = State[i % 4][ i / 4];
}
return 1;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//轮密钥加
int Aes::AddRoundKey(int round)
{
int i,j; //i行 j列 //因为密钥w是一列一列排列的，即 k0 k4 k8 k12
for(i=0;i<4;i++) // k1 k5 k9 k13
{ // k2 k6 k10k14
for(j=0;j<4;j++) // k3 k7 k11k15
{ // 所以i行j列的下标是4*((round*4)+j)+i即16*round+4*j+i
State[i][j]=(unsigned char)((int)State[i][j]^(int)w[4*((round*4)+j)+i]);
}
}
return 1;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//字节代换函数
int Aes::SubBytes() //Page 103
{
int i,j;
for(i=0;i<4;i++)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
State[i][j]=AesSbox[State[i][j]];
}
}
return 1;
}
int Aes::InvSubBytes()
{
int i,j;
for(i=0;i<4;i++)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
State[i][j]=AesiSbox[State[i][j]]; //因为 16*(State[i][j]>>4)+State[i][j]&0x0f=State[i][j]
}
}
return 1;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int Aes::ShiftRows()
{
unsigned char temp[4*4]; //Page105
int i,j;
for(i=0;i<4;i++)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
temp[4*i+j]=State[i][j];
}
}
for(i=1;i<4;i++)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
if(i==1)State[i][j]=temp[4*i+(j+1)%4]; //第一行左移1位
else if(i==2)State[i][j]=temp[4*i+(j+2)%4]; //第二行左移2位
else if(i==3)State[i][j]=temp[4*i+(j+3)%4]; //第三行左移3位
}
}
return 1;
}
int Aes::InvShiftRows()
{
unsigned char temp[4*4];
int i,j;
for(i=0;i<4;i++)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
temp[4*i+j]=State[i][j];
}
}
for(i=1;i<4;i++)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
if(i==1)State[i][j]=temp[4*i+(j+3)%4]; //第一行右移1位 j-1+4=j+3
else if(i==2)State[i][j]=temp[4*i+(j+2)%4]; //第二行右移2位 j-2+4=j+2
else if(i==3)State[i][j]=temp[4*i+(j+1)%4]; //第三行右移3位 j-3+4=j+2
}
}
return 1;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int Aes::MixColumns()
{
unsigned char temp[4*4];
int i,j;
for(i=0;i<4;i++) //2 3 1 1 列混淆矩阵 Page107
{ //1 2 3 1
for(j=0;j<4;j++) //1 1 2 3
{ //3 1 1 2
temp[4*i+j]=State[i][j];
}
}
for(j=0;j<4;j++)
{
State[0][j] = (unsigned char) ( (int)gfmultby02(temp[0+j]) ^ (int)gfmultby03(temp[4*1+j]) ^
(int)gfmultby01(temp[4*2+j]) ^ (int)gfmultby01(temp[4*3+j]) );
State[1][j] = (unsigned char) ( (int)gfmultby01(temp[0+j]) ^ (int)gfmultby02(temp[4*1+j]) ^
(int)gfmultby03(temp[4*2+j]) ^ (int)gfmultby01(temp[4*3+j]) );
State[2][j] = (unsigned char) ( (int)gfmultby01(temp[0+j]) ^ (int)gfmultby01(temp[4*1+j]) ^
(int)gfmultby02(temp[4*2+j]) ^ (int)gfmultby03(temp[4*3+j]) );
State[3][j] = (unsigned char) ( (int)gfmultby03(temp[0+j]) ^ (int)gfmultby01(temp[4*1+j]) ^
(int)gfmultby01(temp[4*2+j]) ^ (int)gfmultby02(temp[4*3+j]) );
}
return 1;
}
int Aes::InvMixColumns()
{
unsigned char temp[4*4];
int i,j;
for (i = 0; i < 4; i++) // copy State into temp[]
{
for (j = 0; j < 4; j++) //0e 0b 0d 09 逆变换矩阵 Page108
{ //09 0e 0b 0d
temp[4*i+j] = State[i][j]; //0d 09 0e 0b
} //0b 0d 09 0e
}
for (j = 0; j < 4; j++)
{
State[0][j] = (unsigned char) ( (int)gfmultby0e(temp[j]) ^ (int)gfmultby0b(temp[4+j]) ^
(int)gfmultby0d(temp[4*2+j]) ^ (int)gfmultby09(temp[4*3+j]) );
State[1][j] = (unsigned char) ( (int)gfmultby09(temp[j]) ^ (int)gfmultby0e(temp[4+j]) ^
(int)gfmultby0b(temp[4*2+j]) ^ (int)gfmultby0d(temp[4*3+j]) );
State[2][j] = (unsigned char) ( (int)gfmultby0d(temp[j]) ^ (int)gfmultby09(temp[4+j]) ^
(int)gfmultby0e(temp[4*2+j]) ^ (int)gfmultby0b(temp[4*3+j]) );
State[3][j] = (unsigned char) ( (int)gfmultby0b(temp[j]) ^ (int)gfmultby0d(temp[4+j]) ^
(int)gfmultby09(temp[4*2+j]) ^ (int)gfmultby0e(temp[4*3+j]) );
}
return 1;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
unsigned char Aes::gfmultby01(unsigned char b)
{
return b;
}
unsigned char Aes::gfmultby02(unsigned char b)
{
if (b < 0x80)
return (unsigned char)(int)(b <<1);
else
return (unsigned char)( (int)(b << 1) ^ (int)(0x1b) );
}
unsigned char Aes::gfmultby03(unsigned char b)
{
return (unsigned char) ( (int)gfmultby02(b) ^ (int)b );
}
unsigned char Aes::gfmultby09(unsigned char b)
{
return (unsigned char)( (int)gfmultby02(gfmultby02(gfmultby02(b))) ^ (int)b );
}
unsigned char Aes::gfmultby0b(unsigned char b)
{
return (unsigned char)( (int)gfmultby02(gfmultby02(gfmultby02(b))) ^
(int)gfmultby02(b) ^ (int)b );
}
unsigned char Aes::gfmultby0d(unsigned char b)
{
return (unsigned char)( (int)gfmultby02(gfmultby02(gfmultby02(b))) ^
(int)gfmultby02(gfmultby02(b)) ^ (int)(b) );
}
unsigned char Aes::gfmultby0e(unsigned char b)
{
return (unsigned char)( (int)gfmultby02(gfmultby02(gfmultby02(b))) ^
(int)gfmultby02(gfmultby02(b)) ^(int)gfmultby02(b) );
}
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