AES算法测试用例程序Java实现（密钥长度128比特）

AES算法测试用例程序Java实现（密钥长度128比特）   

                         ——2018.10.22

目录

1引言... 1

    1.1任务概要... 1

    1.2运行环境和开发环境... 1

    1.3密码算法原理简单介绍... 1

2  程序各模块详细设计... 3

    2.1核心模块主要实现算法的流程... 3

    2.2 AES加密的算法说明和实现方式... 4

        2.2.1字节代替（Subbyte）... 4

        2.2.2行移位（ShiftRows）... 4

        2.2.3列混合（MixColumns）... 5

        2.2.4 轮秘钥加（AddRoundKey）... 7

        2.2.5 秘钥扩展（KeyExpansion）... 7

    2.3 AES解密的算法说明和实现方式... 8

        2.3.1逆行移位（InvShiftRows）... 8

        2.3.2逆字节代替（InvSubbyte）... 9

        2.3.3逆列混合（InvMixColumns）... 10

3  程序测试... 10

      3.1手动输入明文和秘钥测试过程... 10

      3.2随机生成明文和秘钥测试过程... 11

      3.3手动输入密文和秘钥测试过程... 12

4  密码算法课程设计实践总结... 13

5  参考文献... 14

 

 

1引言

1.1任务概要

1. 实现AES加密和解密基本功能；
2. 实现AES加密测试用例功能，具体如下：

• 随机产生n组128比特明文，加密产生n组128比特密文，密钥不变；b）操作简单，界面美观。
• 输入和输出要求：

1. 用函数实现AES加密和解密
2. 输入和输出的128比特明文和密文采用十六进制
3. 要求至少有一组来自标准fips-197的测试。
4. 随机产生的明文和加密后的明文（即密文）保存为txt文件，保存格式为每行记录一组明文和对应密文。如txt文件格式

明文：0xbce3 ……     密文：0x……

明文：0x……     密文：0x……

加密密钥为：0x……

•  解密验证，从（4）中txt文件，获取任意一组密文和密钥，解密输出明文，并输出显示在屏幕上。

1.2运行环境和开发环境

1. 运行环境：JVM；
2. 开发环境：Windows10；JDK1.8；eclipse；

1.3密码算法原理简单介绍

美国国家标准技术研究所在2001年发布了高级加密标准（AES）。AES是一个对称分组密码算法，旨在取代DES成为广泛使用的标准。根据使用的密码长度，AES最常见的有3种方案，用以适应不同的场景要求，分别是AES-128、AES-192和AES-256。本课题设计主要对AES-128进行介绍，另外两种的思路基本一样，只是轮数会适当增加。

■图1 AES算法流程图

如图1所示，AES加密过程涉及到4种操作：字节替（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥（AddRoundKey）。解密过程分别为对应的逆操作。由于每一步操作都是可逆的，按照相反的顺序进行解密即可恢复明文。加解密中每轮的密钥分别由初始密钥扩展得到。算法中16字节的明文、密文和轮密钥都以一个4x4的矩阵表示。

2  程序各模块详细设计

2.1核心模块主要实现算法的流程

 

AES程序流程如图2所示

2.2 AES加密的算法说明和实现方式

2.2.1字节代替（Subbyte）

AES的字节代换其实就是一个简单的查表操作。AES定义了一个S盒和一个逆S盒。 状态矩阵中的元素按照下面的方式映射为一个新的字节：把该字节的高4位作为行值，低4位作为列值，取出S盒或者逆S盒中对应的行的元素作为输出。

 // 字节代替  
    public byte[][] subbyte(byte[][] sub) {  
        byte row, col;  
        byte[][] temp = new byte[4][4];  
        for (int i = 0; i < 4; i++) {  
            for (int j = 0; j < 4; j++) {