前言

还是有关block cipher的文章。

上文的DES以及跟不上时代的步伐了，而代替DES的，是这篇文章的AES。

一、State

AES的所有运算都是基于一个State的概念，State是一个二维数组，一共4行列，数组中的每一个元素都是一个8-bit (1 byte)的二进制序列。的值是根据输入序列的长度（也就是block length）决定的：.如果block length为128，那么就是4行4列。

现在，我们用 代表这个二维数组，用下标 和 来进行索引。

对于任意一个输入序列 ，我们用如下的方式将其转化为State数组：

很明显，其逆运算——将State二维数组还原为一维序列的方式为：

二、AES算法

AES一共可以有三种不同的master key的长度，128 bits, 192 bits和256 bits. 每一个长度对应不同的round数——128 bits对应10轮，192 bits对应12轮，256 bits对应14轮。

AES的的算法如下：

*Nk为master key的长度除以32，Nb为本文中的b，Nr为round数（循环次数）。这里的word代表一个32-bit的二进制序列。

其中，四个函数SubBytes、ShiftRows、MixColumns和AddRoundKey分别如下：

SubBytes是用一个可逆的S-box:  将我们的State中的每一个元素替换为新的元素。我们的S-box，简单地说是一张 的表格，我们将一个8-bit序列切割为2个长度为4-bit的序列，第一个4-bit序列决定行，第二个4-bit序列决定列。

ShiftRows是将State二维数组中的后三行rotate，如图所示

MixColumns是对我们State中的每一列进行一系列的运算，同一列中的每一个元素都将参与到运算中（故名Mix Column），详细可参照FIPS 197的文档，在此不进行说明。

AddRoundKey是将我们的State与我们的round key进行一个XOR运算：

三、Key Schedule

我们用 来代表我们的master key，我们用如下的方法来将我们的扩张成为（这里的w就是上一节里面的w）：

其中，SubWord是将一个32-bit的序列切分为4个8-bit的序列，每一个8-bit序列通过上述的S-Box替换为一个新的8-bit值。RotWord是将一个32-bit/4-byte的序列向左旋转1个byte的长度。

后记

block cipher好像写得差不多了…准备近几天再看看有没有其他值得写得地方。

参考资料：

NIST Computer Security Division - FIPS 197, Advanced Encryption Standard (AES)

使用工具：Drawio: https://app.diagrams.net

THE END.