?? aes.cpp
字號:
#include "StdAfx.h" //注意在此 #include "Aes.h"不可以放在前面，否則出錯，
#include "Aes.h"
Aes::~Aes()
{
}
Aes::Aes()
{
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//構造函數
Aes::Aes(int keysize,unsigned char* keyBytes)
{
SetNbNkNr(keysize); //設置密鑰塊數，輪數
memcpy(key,keyBytes,keysize); //字符串拷貝函數，把keyBytes的keysize個字符復制到key中
KeyExpansion(); //密鑰擴展，必須提前做的初始化
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Aes::SetNbNkNr(int keySize)
{
Nb=4;
if(keySize=Bits128)
{
Nk=4; //4*4字節，128位密鑰，10輪加密
Nr=10;
}
else if(keySize=Bits192)
{
Nk=6; //6*4字節，192位密鑰，12輪加密
Nr=12;
}
else if(keySize=Bits256)
{
Nk=8; //8*4字節，256位密鑰，14輪加密
Nr=14;
}
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Aes::KeyExpansion()
{
memset(w,0,16*15);
for(int row=0;row<Nk;row++) //拷貝seed 密鑰
{
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]; //當前列的前一列
temp[1]=w[4*row-3];
temp[2]=w[4*row-2];
temp[3]=w[4*row-1];
if(row%Nk==0) //逢nk時，對當前列的前一列作特殊處理
{
temp=SubWord(RotWord(temp)); //先移位，再代換，最后和輪常量異或
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) ) //這個還沒有搞清楚
{
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
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//密鑰移位函數
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;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//密鑰字代換函數
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)]; //實際上也可以寫成AesSbox[[j]];因為兩者相等
}
return temp;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Aes加密函數
void Aes::Cipher(unsigned char* input, unsigned char* output)
{
memset(&State[0][0],0,16);
for(int i=0;i<4*Nb;i++) //這里是先寫列后寫行的，即輸入是一列一列的進來的
{
State[i%4][i/4]=input[i]; //換成先寫行后寫列也是可以的，只要在輸出時也是這樣就可以了
}
AddRoundKey(0); //輪密鑰加
for (int round = 1; round <= (Nr - 1); round++) // main round loop
{
SubBytes(); //字節代換
ShiftRows(); //行移位
MixColumns(); //列混淆
AddRoundKey(round); //輪密鑰加
} // main round loop
SubBytes(); //字節代換
ShiftRows(); //行移位
AddRoundKey(Nr); //輪密鑰加
// output = state
for (i = 0; i < (4 * Nb); i++)
{
output[i] = State[i % 4][ i / 4];
}
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//Aes解密函數
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];
}
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//輪密鑰加
Aes::AddRoundKey(int round)
{
int i,j; //i行 j列 //因為密鑰w是一列一列排列的，即 k0 k4 k8 k12
for(j=0;j<4;j++) // k1 k5 k9 k13
{ // k2 k6 k10k14
for(i=0;i<4;i++) // k3 k7 k11k15
{ // 所以i行j列的下標是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]);
}
}
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//字節代換函數
Aes::SubBytes() //Page 103
{
int i,j;
for(j=0;j<4;j++)
{
for(i=0;i<4;i++)
{
State[i][j]=AesSbox[State[i][j]];
//因為 16*(State[i][j]>>4)+State[i][j]&0x0f=State[i][j]
}
}
}
Aes::InvSubBytes()
{
int i,j;
for(j=0;j<4;j++)
{
for(i=0;i<4;i++)
{
State[i][j]=AesiSbox[State[i][j]]; //因為 16*(State[i][j]>>4)+State[i][j]&0x0f=State[i][j]
}
}
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Aes::ShiftRows()
{
unsigned char temp[4*4]; //Page105
int i,j;
for(j=0;j<4;j++)
{
for(i=0;i<4;i++)
{
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
}
}
}
Aes::InvShiftRows()
{
unsigned char temp[4*4];
int i,j;
for(j=0;j<4;j++)
{
for(i=0;i<4;i++)
{
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
}
}
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Aes::MixColumns()
{
unsigned char temp[4*4];
int i,j;
for(j=0;j<4;j++) //2 3 1 1 列混淆矩陣 Page107
{ //1 2 3 1
for(i=0;i<4;i++) //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]) );
}
}
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 逆變換矩陣 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]) );
}
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
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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