基于C语言的AES加密算法实现

本文只说明AES算法的使用，不对其原理做过多的说明。想要了解其原理的读者，可自行在网上搜索。

1. AES简介

高级加密标准（AES，Advanced Encryption Standard）为最常见的对称加密算法。对称加密算法，也就是加密和解密用相同的密钥。

对称加密算法：

• 加密和解密用到的密钥是相同的，这种加密方式加密速度非常快，适合经常发送数据的场合。缺点是密钥的传输比较麻烦。

非对称加密算法：

• 加密和解密用的密钥是不同的，这种加密方式是用数学上的难解问题构造的，通常加密解密的速度比较慢，适合偶尔发送数据的场合。优点是密钥传输方便。常见的非对称加密算法为RSA、ECC和EIGamal。

AES加密算法的具体加密流程图：

明文P：

没有经过加密的原始数据。

密钥K：

用来加密原始数据的密码，在对称算法中，加密与解密过程所需要的密钥都是相同的。

该密钥不能直接进行传输，否则会造成密钥泄露；常规的做法是使用非对称算法对密钥进行加密之后再进行传输。

AES加密函数：

加密函数将传入的密钥K与明文P进行处理，之后生成一个被加密的信息密文C。

密文C：

经过密钥加密后的数据。

AES解密函数：

解密函数将传入的密钥K与密文C进行处理，之后生成一个没有加密的明文P。

2. AES加密算法C语言实现

函数说明：aes算法相关接口都在aes.h内，主要有以下几个接口：

uint8_t *aes_init(size_t key_size);
void aes_key_expansion(uint8_t *key, uint8_t *w);
void aes_inv_cipher(uint8_t *in, uint8_t *out, uint8_t *w);
void aes_cipher(uint8_t *in, uint8_t *out, uint8_t *w);

• aes_init()函数

作用：初始化aes变量，创建扩展密钥所需要的内存 key_size：扩展密钥所需内存大小

• aes_key_expansion()

作用：创建扩展密钥 key：扩展密钥 w：扩展密钥内存首地址

• aes_inv_cipher()

作用：数据解密 in：输入加密的信息 out：输出解密后的信息 w：扩展密钥内存首地址

• aes_cipher()

作用：数据加密 in：输入未加密的信息 out：输出加密后的信息 w：扩展密钥内存首地址

示例：

int main() {
    uint8_t i = 0;
    /* 256 bit key */
    uint8_t key[] = {
        0x00, 0x01, 0x02, 0x03,
        0x04, 0x05, 0x06, 0x07,
        0x08, 0x09, 0x0a, 0x0b,
        0x0c, 0x0d, 0x0e, 0x0f,
        0x10, 0x11, 0x12, 0x13,
        0x14, 0x15, 0x16, 0x17,
        0x18, 0x19, 0x1a, 0x1b,
        0x1c, 0x1d, 0x1e, 0x1f};
    uint8_t in[] = {
        0x00, 0x11, 0x22, 0x33,
        0x44, 0x55, 0x66, 0x77,
        0x88, 0x99, 0xaa, 0xbb,
        0xcc, 0xdd, 0xee, 0xff};
    uint8_t out[16];
    uint8_t *w = NULL;

    w = aes_init(sizeof(key));
    aes_key_expansion(key, w);
    printf("Plaintext message:\n");
    for (i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%02x %02x %02x %02x ", in[4*i+0], in[4*i+1], in[4*i+2], in[4*i+3]);
    }
    printf("\n");
    aes_cipher(in, out, w);
    printf("Ciphered message:\n");
    for (i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%02x %02x %02x %02x ", out[4*i+0], out[4*i+1], out[4*i+2], out[4*i+3]);
    }
    printf("\n");
    aes_inv_cipher(out, in, w);
    printf("Original message (after inv cipher):\n");
    for (i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%02x %02x %02x %02x ", in[4*i+0], in[4*i+1], in[4*i+2], in[4*i+3]);
    }
    printf("\n");
    free(w);
    return 0;
}

END