现代对称密码之AES算法Cpp源码

AES.h的源码如下：

#ifndef AES_H
#define AES_H
typedef unsigned char byte;
struct word{
	byte wordKey[4];
};

class AES{
	public:
		AES();
		void setCipherKey(byte key[]);
		void setPlainText(byte plain[]);
		void keyExpansion(byte key[],word w[]);
		word rotWord(word w);
		word subWord(word w);
		word wordXOR(word wl, word w2);			//用于处理加密和解密的各函数
		void encryption(word in[],word out[],word key[]);
		void processEncryption();
		void addRoundKey (word in[],int round);
		void subByte(word in[]);
		void shiftRows(word in[]);
		void mixColumn(word in[]);
		byte GFMultiplyByte(byte L,byte R);	//用于处理解密的各函数
		void decryption(word in[],word out[],word key[]);
		void processDecryption();
		void invShiftRows(word in[]);
		void invSubByte(word in[]);
		void invMixColumn(word in[]);
		void initRcon();
	private:
		byte cipherKey[16];
		word plainText[4];
		word cipherText[4];
		word deCipherText[4];
		int Nb,Nk,Nr;
		word Rcon[11];
		word wordKey[44];
		static const byte SBox[16][16];
		static const byte invSBox[16][16];
		static const byte mixColumnMatrix[4][4];
		static const byte invMixColumnMatrix[4][4];
};
#endif

AES.cpp的源码如下：

#include "AES.h"

void AES::setPlainText(byte plain[]){
	int i;
	for(i=0;i<16;i++){
		plainText[i%4].wordKey[i/4]=plain[i];
	}
}

void AES::setCipherKey(byte key[]){
	int i;
	for(i=0;i<16;i++){
		cipherKey[i]=key[i];
		keyExpansion(cipherKey, wordKey);
	}
}

void AES::initRcon(){
	int i,j;
	for(i=0;i<11;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			Rcon[i].wordKey[j]=0x0;
		}
	}
	Rcon[1].wordKey[0]=0x01;
	Rcon[2].wordKey[0]=0x02;
	Rcon[3].wordKey[0]=0x04;
	Rcon[4].wordKey[0]=0x08;
	Rcon[5].wordKey[0]=0x10;
	Rcon[6].wordKey[0]=0x20;
	Rcon[7].wordKey[0]=0x40;
	Rcon[8].wordKey[0]=0x80;
	Rcon[9].wordKey[0]=0x1b;
	Rcon[10].wordKey[0]=0x36;
}

const byte AES::mixColumnMatrix[4][4]={
	{0x02, 0x03, 0x01, 0x01},
	{0x01, 0x02, 0x03, 0x01},
	{0x01, 0x01, 0x02, 0x03},
	{0x03, 0x01, 0x01, 0x02}
};

const byte AES::invMixColumnMatrix[4][4]={
	{0x0e, 0x0b, 0x0d, 0x09},
	{0x09, 0x0e, 0x0b, 0x0d},
	{0x0d, 0x09, 0x0e, 0x0b},
	{0x0b, 0x0d, 0x09, 0x0e}
};

const byte AES::SBox[16][16]={
	{0x63, 0x7C, 0x77, 0x7B, 0xF2, 0x6B, 0x6F, 0xC5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2B, 0xFE, 0xD7, 0xAB, 0x76},
	{0xCA, 0x82, 0xC9, 0x7D, 0xFA, 0x59, 0x47, 0xF0, 0xAD, 0xD4, 0xA2, 0xAF, 0x9C, 0xA4, 0x72, 0xC0},
	{0xB7, 0xFD, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3F, 0xF7, 0xCC, 0x34, 0xA5, 0xE5, 0xF1, 0x71, 0xD8, 0x31, 0x15},
	{0x04, 0xC7, 0x23, 0xC3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9A, 0x07, 0x12, 0x80, 0xE2, 0xEB, 0x27, 0xB2, 0x75},
	{0x09, 0x83, 0x2C, 0x1A, 0x1B, 0x6E, 0x5A, 0xA0, 0x52, 0x3B, 0xD6, 0xB3, 0x29, 0xE3, 0x2F, 0x84},
	{0x53, 0xD1, 0x00, 0xED, 0x20, 0xFC, 0xB1, 0x5B, 0x6A, 0xCB, 0xBE, 0x39, 0x4A, 0x4C, 0x58, 0xCF},
	{0xD0, 0xEF, 0xAA, 0xFB, 0x43, 0x4D, 0x33, 0x85, 0x45, 0xF9, 0x02, 0x7F, 0x50, 0x3C, 0x9F, 0xA8},
	{0x51, 0xA3, 0x40, 0x8F, 0x92, 0x9D, 0x38, 0xF5, 0xBC, 0xB6, 0xDA, 0x21, 0x10, 0xFF, 0xF3, 0xD2}, 
	{0xCD, 0x0C, 0x13, 0xEC, 0x5F, 0x97, 0x44, 0x17, 0xC4, 0xA7, 0x7E, 0x3D, 0x64, 0x5D, 0x19, 0x73},
	{0x60, 0x81, 0x4F, 0xDC, 0x22, 0x2A, 0x90, 0x88, 0x46, 0xEE, 0xB8, 0x14, 0xDE, 0x5E, 0x0B, 0xDB},
	{0xE0, 0x32, 0x3A, 0x0A, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5C, 0xC2, 0xD3, 0xAC, 0x62, 0x91, 0x95, 0xE4, 0x79},
	{0xE7, 0xC8, 0x37, 0x6D, 0x8D, 0xD5, 0x4E, 0xA9, 0x6C, 0x56, 0xF4, 0xEA, 0x65, 0x7A, 0xAE, 0x08},
	{0xBA, 0x78, 0x25, 0x2E, 0x1C, 0xA6, 0xB4, 0xC6, 0xE8, 0xDD, 0x74, 0x1F, 0x4B, 0xBD, 0x8B, 0x8A},
	{0x70, 0x3E, 0xB5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xF6, 0x0E, 0x61, 0x35, 0x57, 0xB9, 0x86, 0xC1, 0x1D, 0x9E},
	{0xE1, 0xF8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xD9, 0x8E, 0x94, 0x9B, 0x1E, 0x87, 0xE9, 0xCE, 0x55, 0x28, 0xDF},
	{0x8C, 0xA1, 0x89, 0x0D, 0xBF, 0xE6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2D, 0x0F, 0xB0, 0x54, 0xBB, 0x16}
};

//初始化S盒逆
const byte AES::invSBox[16][16]={
	{0x52, 0x09, 0x6A, 0xD5, 0x30, 0x36, 0xA5, 0x38, 0xBF, 0x40, 0xA3, 0x9E, 0x81, 0xF3, 0xD7, 0xFB},
	{0x7C, 0xE3, 0x39, 0x82, 0x9B, 0x2F, 0xFF, 0x87, 0x34, 0x8E, 0x43, 0x44, 0xC4, 0xDE, 0xE9, 0xCB},
	{0x54, 0x7B, 0x94, 0x32, 0xA6, 0xC2, 0x23, 0x3D, 0xEE, 0x4C, 0x95, 0x0B, 0x42, 0xFA, 0xC3, 0x4E},
	{0x08, 0x2E, 0xA1, 0x66, 0x28, 0xD9, 0x23, 0xB2, 0x76, 0x5B, 0xA2, 0x49, 0x6D, 0x8B, 0xD1, 0x25},
	{0x72, 0xF8, 0xF6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xD4, 0xA4, 0x5C, 0xCC, 0x5D, 0x65, 0xB6, 0x92},
	{0x6C, 0x70, 0x48, 0x50, 0xFD, 0xED, 0xB9, 0xDA, 0x5E, 0x15, 0x46, 0x57, 0xA7, 0x8D, 0x9D, 0x84},
	{0x90, 0xD8, 0xAB, 0x00, 0x8C, 0xBC, 0xD3, 0x0A, 0xF7, 0xE4, 0x58, 0x05, 0xB8, 0xB3, 0x45, 0x06},
	{0xD0, 0x2C, 0x1E, 0x8F, 0xCA, 0x3F, 0x0F, 0x02, 0xC1, 0xAF, 0xBD, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8A, 0x6B},
	{0x3A, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4F, 0x67, 0xDC, 0xEA, 0x97, 0xF2, 0xCF, 0xCE, 0xF0, 0xB4, 0xE6, 0x73},
	{0x96, 0xAC, 0x74, 0x22, 0xE7, 0xAD, 0x35, 0x85, 0xE2, 0xE9, 0x37, 0xE8, 0x1C, 0x75, 0xDF, 0x6E},
	{0x47, 0xF1, 0x1A, 0x71, 0x1D, 0x29, 0xC5, 0x89, 0x6F, 0xB7, 0x62, 0x0E, 0xAA, 0x18, 0xBE, 0x1B},
	{0xFC, 0x56, 0x3E, 0x4B, 0xC6, 0xD2, 0x79, 0x20, 0x9A, 0xDB, 0xC0, 0xFE, 0x78, 0xCD, 0x5A, 0xF4},
	{0x1F, 0xDD, 0xA8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xC7, 0x31, 0xB1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xEC, 0x5F},
	{0x60, 0x51, 0x7F, 0xA9, 0x19, 0xB5, 0x4A, 0x0D, 0x2D, 0xE5, 0x7A, 0x9E, 0x93, 0xC9, 0x9C, 0xEF},
	{0xA0, 0xE0, 0x3B, 0x4D, 0xAE, 0x2A, 0xF5, 0xB0, 0xC8, 0xEB, 0xBB, 0x3C, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61},
	{0x17, 0x2B, 0x04, 0x7E, 0xBA, 0x77, 0xD6, 0x26, 0xE1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0C, 0x7D}
};

void AES::keyExpansion(byte key[], word w[]){
	int i=0;
	int j,k;
	word temp;
	while(i<Nk){
		for(j=0;j<4;j++){
			w[i].wordKey[j]=key[j+4*i];
		}
		i++;
	}
	i=Nk;
	while(i<Nb*(Nr+1)){
		temp=w[i-1];
		if((i%Nk)==0){
			temp=rotWord(temp);
			temp=subWord(temp);
			temp=wordXOR(temp, Rcon[i/Nk]);
		}
		else if(Nk>6 && (1%Nk)==4){//处理其他可能的情况
			temp=subWord(temp);
		}
		w[i]=wordXOR(w[i-Nk], temp);
		i++;
	}
	word tempState[44];
	for(i=0;i<11;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			for(k=0;k<4;k++){
				tempState[j+i*4].wordKey[k]=w[k+i*4].wordKey[j];
			}
		}
	}
	for (i=0;i<44;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			w[i].wordKey[j]=tempState[i].wordKey[j];
		}
	}
}

word AES::rotWord(word w){
	int i;
	word temp;
	for(i=0;i<4;i++){
		temp.wordKey[(i+3)%4]=w.wordKey[i];
	}
	return temp;
}

word AES::subWord(word w){
	int i;
	byte L,R; 
	for(i=0;i<4;i++){
		L=w.wordKey[i]>>4;
		R=w.wordKey[i]&0x0F;
		w.wordKey[i]=SBox[L][R];
	}
	return w;
}


word AES::wordXOR(word w1, word w2){
	int i;
	word temp;
	for(i=0;i<4;i++){
		temp.wordKey[i]=w1.wordKey[i]^w2.wordKey[i];
	}
	return temp;
}

void AES::encryption(word in[],word out[],word key[]){
	int i,j,k;
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			out[i].wordKey[j]=in[i].wordKey[j];
		}
	}
	addRoundKey(out,0);
	for(i=1;i<10;i++){
		subByte(out);
		shiftRows(out);
		mixColumn(out);
		addRoundKey(out, i);
	}
	subByte(out);
	shiftRows(out);
	addRoundKey(out, 10);
}

void AES::subByte(word in[]){
	int i,j;
	byte L,R;
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			L=in[i].wordKey[j]>>4;
			R=in[i].wordKey[j]&0x0F;
			in[i].wordKey[j]=SBox[L][R];
		}
	}
}

void AES::shiftRows(word in[]){
	int i,j;
	word temp[4];
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			temp[i].wordKey[(j+(4-i))%4]=in[i].wordKey[j];
		}
	}
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			in[i].wordKey[j]=temp[i].wordKey[j];
		}
	}
}

void AES::mixColumn (word in[]){
	word result[4];
	int i,j,k;
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			result[i].wordKey[j]=GFMultiplyByte(mixColumnMatrix[i][0], in[0].wordKey[j]);
			for(k=1;k<4;k++){
				result[i].wordKey[j]^=GFMultiplyByte(mixColumnMatrix[i][k], in[k].wordKey[j]);
			}
		}
	}
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			in[i].wordKey[j]=result[i].wordKey[j];
		}
	}
}

byte AES::GFMultiplyByte(byte L, byte R){
	byte temp[8];
	byte result=0x00;
	temp[0]=L;
	int i;
	for(i=1;i<8;i++){
		if(temp[i-1]>=0x80){
			temp[i]=(temp[i-1]<<1)^0x1b; 
		}
		else{
			temp[i]=temp[i-1]<<1;
		}
	}
	for(i=0;i<8;i++){
		if(int((R>>i)&0x01)==1){
			result^=temp[i];
		}
	}
	return result;
}

void AES::addRoundKey(word in[], int round){
	int i,j;
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			in[i].wordKey[j]^= wordKey[i+4*round].wordKey[j];
		}
	}
}

void AES::decryption(word in[], word out[], word key[]){
	int i,j,k;
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			out[i].wordKey[j]=in[i].wordKey[j];
		}
	}
	addRoundKey(out,10);
	for(i=9;i>0;i--){
		invShiftRows(out);
		invSubByte(out);
		addRoundKey(out, i);
		invMixColumn(out);
	}
	invShiftRows(out);
	invSubByte(out);
	addRoundKey(out,0);
}

void AES::invShiftRows(word in[]){
	int i,j;
	word temp[4];
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			temp[i].wordKey[(j+i)%4]=in[i].wordKey[j];
		}
	}
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			in[i].wordKey[j]=temp[i].wordKey[j];
		}
	}
}

void AES::invSubByte(word in[]){
	int i,j;
	byte L,R;
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			L=in[i].wordKey[j]>>4;
			R=in[i].wordKey[j]&0x0F;
			in[i].wordKey[j]=invSBox[L][R];
		}
	}
}

void AES::invMixColumn(word in[]){
	word result[4];
	int i,j,k;
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			result[i].wordKey[j]=GFMultiplyByte(invMixColumnMatrix[i][0], in[0].wordKey[j]);
			for(k=1;k<4;k++){
				result[i].wordKey[j]^=GFMultiplyByte(invMixColumnMatrix[i][k], in[k].wordKey[i]);
			}
		}
	}
	for(i=0;i<4;i++){
		for(j=0;j<4;j++){
			in[i].wordKey[j] = result[i].wordKey[j];
		}
	}
}