高階加密標準

目前最流行和廣泛採用的對稱加密演算法是高階加密標準 (AES)。它的速度至少比三重DES快六倍。

由於DES的金鑰長度太短，需要對其進行替換。隨著計算能力的提高，它被認為容易受到窮舉金鑰搜尋攻擊。三重DES旨在克服這一缺點，但速度較慢。

AES的特點如下：

AES的操作

AES是一種迭代密碼，而不是Feistel密碼。它基於“替換-置換網路”。它包括一系列連結操作，其中一些操作涉及用特定輸出替換輸入（替換），而另一些操作則涉及重新排列位（置換）。

有趣的是，AES在其所有計算中使用位元組而不是位。因此，AES將明文塊的128位視為16個位元組。這16個位元組被排列成四列四行，作為矩陣進行處理：

與DES不同，AES中的輪數是可變的，並且取決於金鑰的長度。對於128位金鑰，AES使用10輪；對於192位金鑰，使用12輪；對於256位金鑰，使用14輪。每一輪都使用不同的128位輪金鑰，該金鑰由原始AES金鑰計算得出。

AES結構的示意圖如下所示：

這裡，我們只描述AES加密的典型輪次。每一輪包含四個子過程。第一輪過程如下圖所示：

透過查詢設計中給定的固定表（S盒）來替換16個輸入位元組。結果是一個四行四列的矩陣。

矩陣的四行中的每一行都向左移動。任何“掉落”的條目都重新插入到行的右側。移位如下進行：

現在使用特殊的數學函式變換四個位元組的每一列。此函式以一列的四個位元組作為輸入，並輸出四個全新的位元組，這些位元組替換原始列。結果是另一個新的包含16個新位元組的矩陣。需要注意的是，在最後一輪中不執行此步驟。

矩陣的16個位元組現在被視為128位，並與輪金鑰的128位進行異或運算。如果這是最後一輪，則輸出為密文。否則，將生成的128位解釋為16個位元組，然後我們開始另一輪類似的輪次。

AES密文的解密過程與加密過程類似，但順序相反。每一輪都包含四個以相反順序進行的子過程：

由於每一輪中的子過程都是反向的，因此與Feistel密碼不同，加密和解密演算法需要分別實現，儘管它們非常密切相關。

在當今的密碼學中，AES被廣泛採用並在硬體和軟體中都得到支援。到目前為止，尚未發現針對AES的任何實際密碼分析攻擊。此外，AES具有內建的金鑰長度靈活性，這使得它能夠在一定程度上“防範未來”，以應對窮舉金鑰搜尋能力的進步。

但是，與DES一樣，只有在正確實現AES並採用良好的金鑰管理時，才能保證其安全性。

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