對稱式加密 – AES 演算法(區塊加密)

對稱式加密 – AES 演算法的程式實作

對稱式加密可以用在哪裡呢?

以無線網路加密為例，在室內擺放的Wifi路由器，其常見加密機制是Wi-Fi Protected Access (WPA)與WPA2，即支援運用AES加密演算法。
圖一、tp-link路由器 圖二、路由器設定畫面
少了加密演算法有多重要呢? 最直接的影響就是無線網路將處於易受攻擊的狀態，信用卡、密碼、聊天記錄、照片、電子郵件等都有可能被駭客竊取。

AES 演算法 - 前置步驟一（準備狀態陣列）

AES演算法透過區塊加密的方式，將明文以128個bits為一個區塊，使得每個區塊在多回合運算後能產出密文。讓我們操作AES演算法，理解演算法如何守護資料安全吧!
【步驟一】
將明文與金鑰由上至下、由左至右轉換為 狀態陣列 (State Array) 的形式 ，方便進行AES加密。
明文：

這段明文以多少bits儲存?

明文的狀態陣列：

資料被分為四乘四陣列，包含 16 個字元，每個字元包含8bits。

初始金鑰：
初始金鑰的狀態陣列：
資料被分為四乘四陣列，包含 16 個字元，每個字元包含 8bits。
※請將上方表格中的每一個十六進制字元依序填入狀態陣列中。(提示: 由上至下、由左至右)
 

AES 演算法 - 前置步驟二（準備每回合使用到的金鑰）

在此以AES-128 演算法為例，共需要進行10回合 (10 rounds)。

需經過先利用金鑰擴充的方式產生後續10把回合金鑰(如下圖所示)，至於金鑰擴充的過程較為繁瑣，可自行延伸學習。

你剛剛填答完成的初始金鑰便是第0回合(Round 0)的金鑰，我們先將該金鑰以狀態陣列的形式前往下一步運算。


AES 演算法 - 四大函式

【步驟二】
請你分別操作以下四個函式，結束一回合的AES加密過程。
回合鑰匙加法運算 位元組取代運算 列移位運算 混合行運算

函式功能：明文與 Round 0 Key相對應的矩陣值進行XOR運算，產生新的狀態陣列。

※目前「新的狀態陣列」有部分數值尚未計算完成，請分別在「明文」與「Round 0 key 」矩陣按下相對應的十六進位數值，經過XOR運算後，將十六進位數值填入「新的狀態陣列」中。
明文
XOR
Round 0 key
=
新的狀態陣列
3C 63
1F 22 74
0E 08 1B 31
59 1A
XOR運算區
⊕
十六進制為：
 
目前狀態陣列的執行階段

完成 AES 演算法！

➢ 恭喜你實際演練了 AES 演算法中，四大函式的重要精隨！原來AES演算法就是這樣保護wifi路由器的資料安全！

接下來的第2~9回合一樣依序經過四大函式的運算，比較特別的是，在最後第10合僅使用3個函式運算，輸出最終密文，完成AES加密。