ASE算法原理与实现
产生背景
1、AES 是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的新一代的加密标准。NIST 对AES 候选算法的基本要求是:对称分组密码体制writeline用什么替代;密钥长度支持128 ,192 ,256位;明文分组长度128 位;算法应易于各种硬件和软件实现。
2、1998 年NIST开始AES 第一轮征集、分析、测试,共产生了15 个候选算法。1999 年3 月完成了第二轮AES 的分析、测试。1999 年8 月NIST 公布了五种算法(MARS , RC6 ,Rijndael ,Serpent ,Twofish) 成为候选算法。最后,Rijndael ,这个由比利时人设计的算法与其它候选算法在成为高级加密标准(AES) 的竞争中取得成功,于2000 年10月被NIST宣布成为取代DES 的新一代的数据加密标准,即AES。
3、Rijndael 作为新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点。
4、AES 设计有三个密钥长度:128 ,192 ,256 比特
AES 加密/ 解密算法原理
AES 算法属于分组密码算法,它的输入分组、输出分组以及加/ 解密过程中的中间分组都是128比特。（对称密码算法根据对明文消息加密方式的不同可分为两大类,即分组密码和流密码。分组密码将消息分为固定长度的分组,输出的密文分组通常与输入的明文分组长度相同。）
    1、AES 的加密与解密框图如图所示
(1) 加密变换
设X是AES 的128 比特明文输入,Y是128 比特的密文输出,则AES 密文Y可以用下面的复合变换表示: Y= Ak(r + 1)·R·S·Akr·C·R·S·Ak(r21)·⋯·C·R·S·Ak1 (X)其中“·”表示复合运算。这里Aki :表示对X 的一个变换Aki (X) = XÝ Ki (Ki 为第i 轮的子密钥,为比特串的异或运算) 。S:S 盒置换。即对每一个字节用S2Box 做一个置换。S2Box 是一个给定的转换表。R: 行置换。C: 列置换。
s′(x) = a (x) á s (x)
这里á 是特殊的乘法运算
(2) 解密变换
解密变换是加密变换的逆变换。
2、AES（128bits密钥）加密解密流程如下图所示
（1）加密流程：
    AESEncrypt (State, ExpandedKey)
    {
        AddRoundKey (State, ExpandedKey); //种子密钥加，实际已经进行过子密钥扩展
        for (i=1; i <Nr; i ++)            //Nr根据密钥长度进行取值   
            Round (State, ExpandedKey+Nb* i);//加密轮函数
        FinalRound (State, ExpandedKey+Nb*Nr);//加密最后一轮轮函数
}
加密轮函数：
Round (State, RoundKey)
{
    ByteSub (State); //字节替代变换
    ShiftRow (State);//行移位变换
    MixColumn (State);//列混合变换
    AddRoundKey (State, RoundKey)//子密钥加（其实是一个简单的逐比特模2加）
}
加密最后一轮轮函数：
FinalRound (State, RoundKey)
{
    ByteSub (State);//字节替代变换
    ShiftRow (State);//行移位变换
    AddRoundKey (State, RoundKey);//子密钥加
}
（2）解密流程：
AESDecrypt (State, ExpandedKey)
{
    AddRoundKey (State, ExpandedKey+Nb*Nr);//子密钥加
    for (i= Nr-1; i >=1; i --)            // Nr根据密钥长度进行取值
        InvRound (State, InvMixColumn (ExpandedKey+Nb* i));//解密轮函数
    InvFinalRound (State, ExpandedKey);    //解密最后一轮轮函数
}
解密轮函数：
InvRound (State, RoundKey)
{
    InvShiftRow (State);//逆移位变换
    InvByteSub (State);//逆字节替代变换
    AddRoundKey (State, RoundKey);//子密钥加
    InvMixColumn (State); //逆列混合变换
}
解密最后一轮轮函数：
InvFinalRound (State, RoundKey)
{ 
    InvShiftRow (State);//逆移位变换
    InvByteSub (State);//逆字节替代变换
    AddRoundKey (State, RoundKey);//逆列混合变换
}
AES算法应用举例——控制台应用程序
程序1、
CryptoHelper.cs
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Web;
using System.IO;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;
namespace AES_DemoConApp
{
    /// <summary>
    /// The helper class
    /// </summary>
    public class CryptoHelper
    {
        // the provider
        private ICryptoTransform encryptor;    // encryptor object
        private ICryptoTransform decryptor;    // decryptor object
        private const int BufferSize = 1024;
        /// <summary>
        /// Construct function
        /// </summary>
        /// <param name="algorithmName">the name of encryption algorithm</param>
        /// <param name="key">the key</param>
//构造函数
        public CryptoHelper(string algorithmName, string key)
        {
            SymmetricAlgorithm provider = SymmetricAlgorithm.Create(algorithmName);
            if (provider is DESCryptoServiceProvider)
            {
                //The key of DES algorithm must be 8 bit.
                provider.Key = Encoding.UTF8.GetBytes(key.Substring(0, 8));
                provider.IV = new DESCryptoServiceProvider().IV;
            }
            else if (provider is TripleDESCryptoServiceProvider)
            {
                //The key of TripleDES algorithm is 16 bit.
                provider.Key = Encoding.UTF8.GetBytes(key.Substring(0, 16));
                provider.IV = new TripleDESCryptoServiceProvider().IV;
            }
            else if (provider is RijndaelManaged)
            {
                //The key of AES algorithm must be 16 bit.
                provider.Key = Encoding.UTF8.GetBytes(key.Substring(0, 16));
                //provider.IV = new RijndaelManaged().IV;
                provider.IV = new byte[] { 0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77,
                                      0x88, 0x99, 0xaa, 0xbb, 0xcc, 0xdd, 0xee, 0xff };
            }
            encryptor = provider.CreateEncryptor();
            decryptor = provider.CreateDecryptor();
        }
 
      //加密
        public void Cipher(byte[] bytePlainData, ref byte[] byteCipherData)
        {
            //Create plain stream
            MemoryStream plainStream = new MemoryStream(bytePlainData);
            //Create nullable cipher stream
            MemoryStream cipherStream = new MemoryStream();
            CryptoStream cryptoStream = new CryptoStream(cipherStream, encryptor, CryptoStreamMode.Write);
            //Write the plain stream into the cryptoStream
            int iBytesRead = 0;
            byte[] byteBuffer = new byte[BufferSize];
            do
            {
                iBytesRead = plainStream.Read(byteBuffer, 0, BufferSize);
                cryptoStream.Write(byteBuffer, 0, iBytesRead);
            } while (iBytesRead > 0);

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