论文投稿_医学论文投稿_核心期刊,职称论文投稿发表_论文部落

　　【摘要】随着高性能、低功耗的嵌入式系统的广泛应用，具有安全保密功能的嵌入式产品将占有较大市场。本文围绕基于ARM615的AES算法设计实现，研究了AES的整体架构、设计原则、算法描述，并设计了具体的测试系统，利用RS232通讯实现PC机与ARM615系统的接口通信，通过调用相对独立的加解密模块实现数据的加解密运算，并实现了与PC机加解密结果的对比。
　　【关键词】AES算法；ARM615；加密
　　1引言
　　随着计算机通信技术的飞速发展以及互联网的应用，人们对信息安全的要求也越来越高，信息安全已成了当今尤为重要且需迫切解决的问题。经过几十年的发展，目前保障信息安全的手段日趋多样化，包括信息加密、数字签名、用户最小化权限、入侵检测、防火墙等，其中比较常用的还是信息加密。
　　2AES算法原理
　　AES算法作为美国国家标准与技术研究院（NIST）甄选发布取代DES的新一代加密标准。它采用对称分组密码体制，数据块长度和密钥长度都可变，与DES的Feistel结构不同，其轮函数采用替代/置换（SP）网络的迭代结构，由非线性层（字节替代），线性混合层（行移动、列混合），密钥加层（密钥加）组成，加解密结构呈对称性。其128比特密钥的加密安全性，比DES的56比特密钥强10倍。
　　通常取明密文的分组长度为128比特，密钥的长度可为128、192或256比特，一般用Nk=4、6、8代表密钥的字数（1字=32比特），在本设计中选用Nk=4，即密钥长度为128比特。为保证算法的安全，加密轮数Nr与密钥长度Nk关系密切，其间关系如表1所示，由此可知Nk=4时，Nr为10。
　　AES加/解密包括密钥扩展（KeyExpansion）、初始轮（InitialRound）、重复轮（Rounds）、最终轮（FinalRound）。重复轮分别包括字节替代（SubBytes）、行移动（ShiftRows）、列混合（MixColumns）、密钥加（AddRoundKey），最终轮没有列混合。其流程如图1所示。
　　3AES算法实现
　　事实证明，目前只存在攻击7轮的AES-128和AES-192算法，这里对Nk=4、Nr=10的AES-128算法进行实现。
　　3.1密钥扩展
　　密钥扩展将128bit的外部密钥（又称初始密钥）扩展成更长的比特串，再划成多个128比特的分组作为子密钥，即K0、K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10，以完成各轮的密钥加，其中K0是外部密钥本身。密钥扩展有同步和异步两种方式，这里采用异步方式，即在加密前进行密钥扩展准备好10轮子密钥。下面以子密钥K0生成子密钥K1为例，介绍密钥扩展过程。
　　将K0的后4个字节A30～A33取出，暂存到temp.decimal[4]中。调用子函数Twfour（），将temp.decimal[4]循环左移1字节，然后通过S盒替代，运算结果的首字节temp.decimal[0]与当前轮常数RC异或，再将此4字节与A00～A03按位异或，即得到K1的首4字节B00～B03。而B10～B13=B00～B03A10～A13，B20～B23=B10～B13A20～A23，B30～B33=B20～B23A30～A33。
　　轮常数RC值与加密轮数Nr间的关系如表2所示。
　　3.2重复轮加密
　　重复轮加密即为9次迭代的一个单轮运算，完整的重复轮包括字节替代（SubBytes）、行移动（ShiftRows）、列混合（MixColumns）、密钥加（AddRoundKey）四步操作。
　　字节替代是关于字节的非线性可逆变换。将有限域GF（28）=X8+X4+X3+X+1上仿射变换所有的可能结果排成一个S盒（S盒的具体内容参见文献4），该替代规模为16×16=256个字节。在分组密码算法，S盒的密码强度直接决定了密码算法的好坏。代码实现中，可将状态矩阵data.hex[4][4][2]各个字节转换为0～15十进制，作为S盒索引she.ray[4][4][2]的行列值，进行二元域上的映射，结果重组即得data.hex[4][4][2]矩阵。下面是替代过程：
　　for（i=0；i<4；i++）
　　{for（j=0；j<4；j++）
　　{m=int（data.hex[i][j][0]）；
　　n=int（data.hex[i][j][1]）；
　　if（m<='9'）m-=48；elsem-=87；
　　if（n<='9'）n-=48；elsen-=87；
　　data.hex[i][j][0]=she.ray[m][n][0]；
　　data.hex[i][j][1]=she.ray[m][n][1]；}
　　}
　　行移动是指4*4=16字节的data.decimal[4][4]矩阵，0～3各行各字依次左移0～3字节，循环判断当前行数，借助临时变量temp，互换元素位置即可。