AES密钥编排Python实现
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附上我的博客链接 四元君
引言
对想出AES的前辈大写的佩服，光是写了密钥编排我就写了一下午…这里把AES讲述一下，再把代码过程总结一下
AES密钥扩展原理
AES加密算法涉及4种操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。
我们这里提及的是构造密钥的方法，密钥扩展，原理如下：
代码构造
首先我们构造RotWord的函数，他的目的在于增加扩散性。这里实际上我们要干的事情就是完成一个置换，做的方式是一个字符串的拼接。注意python内部不能使用word[2:4]之类的方法，只能是word[2:]表示从第2个往后。
def RotWord(word):
return word[2:]+word[:2]
接下来构造SubBytes方法。这个方法实现的就是S盒。我们这里的方法是输入字符串，转换为相应的十六进制的字符。Python里不能使用switch方法，只能用字典进行搜索。
对于字典来说，我们可以用key来搜索value。如果没搜索到就默认为None。
numbers = {
'0' : '0000','1' : '0001','2' : '0010','3' : '0011','4' : '0100','5' : '0101','6' : '0110',
'7' : '0111','8' : '1000','9' : '1001','A' : '1010','B' : '1011','C' : '1100','D' : '1101',
'E' : '1110','F' : '1111'
}
def hex2Bin(key):
return numbers.get(key[0], None)+numbers.get(key[1], None)
当然我们这里还需要的方法，要从value来搜索key，要自定义一个get_key方法：
def get_key (dict, value):
for k, v in dict.items():
if v == value:
return k
接下来实现SubBytes方法，注意原方法中，要先求key在域中的乘法逆，在进行计算。但是计算机内的0指的是第一个元素，所以不必求逆。
def SubBytes(key):
#print(key)
key=hex2Bin(key)
c='11000110'
b=''
for i in range(8):
temp=(int(key[i])+int(key[(i+4)%8])+int(key[(i+5)%8])+int(key[(i+6)%8])+int(key[(i+7)%8])+int(c[i]))%2
# print(temp)
temp=str(temp)
b+=temp
b=b[::-1]
#print(b)
return get_key(numbers,b[:4])+get_key(numbers,b[4:])
再者进行构造SubWord方法，这个方法的目的在于混淆。使用S盒对原序列进行S置换。
def SubWord(word):
temp=''
i=0
while i最后我们来实现KeyExpansion方法。这里注意在循环中，temp是一个字符串，binnum是一个二进制数。注意不能将二者混用，因为不是每一次temp的值是更新的，在实践中就会出现问题。
def KeyExpansion(m):
RCon=['01000000','02000000','04000000','08000000','10000000','20000000','40000000','80000000','1B000000','36000000']
i=0
key=[]
while i<16:
key.append(m[i*2]+m[i*2+1])
i+=1
w=[]
for i in range(0,4):
w.append(key[4*i]+key[4*i+1]+key[4*i+2]+key[4*i+3])
#print(w[i])
#temp=SubWord(RotWord(w[0]))
#temp=hex2Bin(temp)
#temp=w[0]
#temp=int(hex2Bin8(SubWord(RotWord(temp))),2)|int(hex2Bin8(RCon[i//4-1]),2)
for i in range(4,44):
temp=w[i-1]
binnum=int(hex2Bin8(temp),2)
if(i%4==0):
binnum=int(hex2Bin8(SubWord(RotWord(temp))),2)^int(hex2Bin8(RCon[i//4-1]),2)
wapp=hex((int(hex2Bin8(w[i-4]),2)^binnum))
wapp=wapp[2:].upper()
zernum=8-len(wapp)
while zernum:
wapp='0'+wapp
zernum-=1
w.append(wapp)
return w
最后我们将全部的代码放在下面：
def RotWord(word):
return word[2:]+word[:2]
numbers = {
'0' : '0000','1' : '0001','2' : '0010','3' : '0011','4' : '0100','5' : '0101','6' : '0110',
'7' : '0111','8' : '1000','9' : '1001','A' : '1010','B' : '1011','C' : '1100','D' : '1101',
'E' : '1110','F' : '1111'
}
def get_key (dict, value):
for k, v in dict.items():
if v == value:
return k
def hex2Bin(key):
return numbers.get(key[0], None)+numbers.get(key[1], None)
def hex2Bin8(key):
str=''
zernum=8-len(key)
while zernum:
key='0'+key
zernum-=1
for i in range(8):
str+=numbers.get(key[i], None)
#print(str)
return str
def SubBytes(key):
#print(key)
key=hex2Bin(key)
c='11000110'
b=''
for i in range(8):
temp=(int(key[i])+int(key[(i+4)%8])+int(key[(i+5)%8])+int(key[(i+6)%8])+int(key[(i+7)%8])+int(c[i]))%2
# print(temp)
temp=str(temp)
b+=temp
b=b[::-1]
#print(b)
return get_key(numbers,b[:4])+get_key(numbers,b[4:])
def SubWord(word):
temp=''
i=0
while i最后的结果如下：
