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隨著科技的不斷進(jìn)步，數(shù)字化信息已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分。其中，圖片在我們的日常生活中扮演著非常重要的角色，它們被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、廣告?zhèn)髅?、教育科研等領(lǐng)域。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)圖片也是一個(gè)不可回避的問(wèn)題。不過(guò)，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，由于一些特殊的原因，我們不得不將圖片以十六進(jìn)制的方式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。本文將介紹如何在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)十六進(jìn)制的圖片，并使用解密代碼將其還原。
1. 存儲(chǔ)十六進(jìn)制圖片到數(shù)據(jù)庫(kù)
在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)十六進(jìn)制圖片時(shí)，我們可以通過(guò)以下方式進(jìn)行：將圖片的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串，然后將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。在這個(gè)過(guò)程中，我們可以使用Java語(yǔ)言的Hex類(lèi)來(lái)完成這個(gè)轉(zhuǎn)換。以下是一個(gè)例子：
“`
public static void mn(String[] args) {
try {
File file = new File(“C:/test/image.jpg”);
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);
byte[] bytes = new byte[(int) file.length()];
fileInputStream.read(bytes);
String hexString = DatatypeConverter.printHexBinary(bytes);
System.out.println(hexString);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
“`
在這個(gè)例子中，我們定義了一個(gè)文件對(duì)象，然后使用FileInputStream來(lái)讀取文件的內(nèi)容。讀取到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)保存到了一個(gè)byte數(shù)組中，接下來(lái)使用DatatypeConverter的printHexBinary方法將byte數(shù)組轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串。最終結(jié)果將以字符串方式輸出到控制臺(tái)中。
如果需要將十六進(jìn)制字符串存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，我們可以使用數(shù)據(jù)庫(kù)API中的PreparedStatement類(lèi)。以下是一個(gè)例子：
“`
public void saveImage(String name, String hexString) throws SQLException {
String sql = “INSERT INTO images (name, data) VALUES (?, ?);”;
PreparedStatement statement = connection.prepareStatement(sql);
statement.setString(1, name);
statement.setString(2, hexString);
statement.executeUpdate();
}
“`
在這個(gè)例子中，我們將圖片的名稱(chēng)和對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制字符串存儲(chǔ)到了images表中。這個(gè)例子假設(shè)我們已經(jīng)建立好了一個(gè)名為images的數(shù)據(jù)表，并建立了一個(gè)名為data的字段來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的十六進(jìn)制字符串。
2. 從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取十六進(jìn)制圖片
讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的十六進(jìn)制圖片時(shí)，我們需要從數(shù)據(jù)表中查詢(xún)到對(duì)應(yīng)圖片的十六進(jìn)制字符串，然后將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制格式。以下是示例代碼：
“`
public Image getImage(String name) throws SQLException, IOException {
String sql = “SELECT data FROM images WHERE name = ?”;
PreparedStatement statement = connection.prepareStatement(sql);
statement.setString(1, name);
ResultSet result = statement.executeQuery();
if (result.next()) {
String hexString = result.getString(“data”);
byte[] bytes = DatatypeConverter.parseHexBinary(hexString);
return ImageIO.read(new ByteArrayInputStream(bytes));
}
return null;
}
“`
在這個(gè)例子中，我們從數(shù)據(jù)表中查詢(xún)名稱(chēng)為name的圖片，并將查詢(xún)結(jié)果放入ResultSet對(duì)象中。如果查詢(xún)到了數(shù)據(jù)，則從結(jié)果集中讀取data字段，并調(diào)用DatatypeConverter的parseHexBinary方法將十六進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)換為byte數(shù)組。我們使用Java標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的ImageIO類(lèi)將byte數(shù)組轉(zhuǎn)換為圖片對(duì)象。
這里需要注意的是，在這個(gè)方法中我們使用了Java標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的ImageIO類(lèi)來(lái)將byte數(shù)組轉(zhuǎn)換為圖片。雖然這種方式非常簡(jiǎn)單，但是也有一些限制。例如，我們只能使用這種方式將JPEG、PNG和GIF格式的圖片裝換為Java的Image對(duì)象。如果需要處理其它格式的圖片，則需要使用第三方Java庫(kù)或調(diào)用特定的API。
3. 解密代碼實(shí)現(xiàn)
到此為止，我們已經(jīng)可以將十六進(jìn)制圖片存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取十六進(jìn)制圖片。但是，如果需要將十六進(jìn)制圖片轉(zhuǎn)換為其它格式或保存到磁盤(pán)上，則需要進(jìn)行解密。以下是示例代碼：
“`
public void saveImage(String name, String hexString, String outputFilePath) throws IOException {
byte[] bytes = DatatypeConverter.parseHexBinary(hexString);
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(outputFilePath);
fileOutputStream.write(bytes);
fileOutputStream.close();
}
“`
在這個(gè)例子中，我們從參數(shù)中讀取十六進(jìn)制字符串，然后調(diào)用DatatypeConverter的parseHexBinary方法將其轉(zhuǎn)換為byte數(shù)組。接下來(lái)，我們將byte數(shù)組寫(xiě)入到一個(gè)文件中，這個(gè)文件即為我們想要保存的圖片。因?yàn)樗械膱D片格式都是由二進(jìn)制數(shù)據(jù)組成的，所以我們只需要將byte數(shù)組以二進(jìn)制格式寫(xiě)入到磁盤(pán)上，就可以得到我們需要的圖片文件。
當(dāng)然，如果需要將不同格式的圖片轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制格式，我們可以使用與前面類(lèi)似的方式將圖片轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制格式，然后使用DatatypeConverter將其轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制字符串。
通過(guò)以上介紹，我們可以了解到，在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)十六進(jìn)制圖片時(shí)，我們可以使用DatatypeConverter將圖片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串存儲(chǔ)。當(dāng)需要使用這些圖片時(shí)，我們可以將其還原為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后使用Java標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)或其它工具將其轉(zhuǎn)換為各種格式的圖片。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程中需要注意圖片格式的兼容性問(wèn)題。將圖片以十六進(jìn)制方式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，雖然在一些情況下操作起來(lái)比較復(fù)雜，但是相對(duì)于直接存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)而言，其具有更好的數(shù)據(jù)可移植性和數(shù)據(jù)安全性。
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請(qǐng)哪位大神告知下磁盤(pán)加密的技術(shù)原理如何實(shí)現(xiàn)的呢？
我們以AES加密舉例
AES簡(jiǎn)介
高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES,Advanced Encryption Standard)為最常見(jiàn)的對(duì)稱(chēng)加密算法(微信小程序加密傳輸就是用這個(gè)加密算法的)。對(duì)稱(chēng)加密算法也就是加密和解密用相同的密鑰，具體的加密流程如下圖：
下面簡(jiǎn)單介紹下各個(gè)部分的作用與意義：
明文P
沒(méi)有經(jīng)過(guò)加密的數(shù)據(jù)。
密鑰K
用來(lái)加密明文的密碼，在對(duì)稱(chēng)加密算法中，加密與解密的密鑰是相同的。密鑰為接收方與發(fā)送方協(xié)商產(chǎn)生，但不可以直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，否則會(huì)導(dǎo)致密鑰泄漏，通常是通過(guò)非對(duì)稱(chēng)加密算法加密密鑰，然后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給對(duì)方，或者直接面對(duì)面商量密鑰。密鑰是絕對(duì)不可以泄漏的，否則會(huì)被攻擊者還原密文，竊取機(jī)密數(shù)據(jù)。
AES加密函數(shù)
設(shè)AES加密函數(shù)為E，則 C = E(K, P),其中P為明文，K為密鑰，C為密文。也就是說(shuō)，把明文P和密鑰K作為加密函數(shù)的參數(shù)輸入，則加密函數(shù)E會(huì)輸出密文C。
密文C
經(jīng)加密函數(shù)處理后的數(shù)據(jù)
AES解密函數(shù)
設(shè)AES解密函數(shù)為D，則 P = D(K, C),其中C為密文，K為密鑰，P為明文。也就是說(shuō)，把密文C和密鑰K作為解密函數(shù)的參數(shù)輸入，則解密函數(shù)會(huì)輸出明文P。
在這里簡(jiǎn)單介紹下對(duì)稱(chēng)加密算法與非對(duì)稱(chēng)加密算法的區(qū)別。
對(duì)稱(chēng)加密算法
加密和解密用到的密鑰是相同的，這種加密方式加密速度非常快，適合經(jīng)常發(fā)送數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是密鑰的傳輸比較麻煩。
非對(duì)稱(chēng)加密算法
加密和解密用的密鑰是不同的，這種加密方式是用數(shù)學(xué)上的難解問(wèn)題構(gòu)造的，通常加密解密的速度比較慢，適合偶爾發(fā)送數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)是密鑰傳輸方便。常見(jiàn)的非對(duì)稱(chēng)加密算法為RSA、ECC和EIGamal。
實(shí)際中，一般是通過(guò)RSA加密AES的密鑰，傳輸?shù)浇邮辗剑邮辗浇饷艿玫紸ES密鑰，然后發(fā)送方和接收方用AES密鑰來(lái)通信。
本文下面AES原理的介紹參考自《現(xiàn)代密碼學(xué)教程》，AES的實(shí)現(xiàn)在介紹完原理后開(kāi)始。
AES的基本結(jié)構(gòu)
AES為分組密碼，分組密碼也就是把明文分成一組一組的，每組長(zhǎng)度相等，每次加密一組數(shù)據(jù)，直到加密完整個(gè)明文。在AES標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，分組長(zhǎng)度只能是128位，也就是說(shuō)，每個(gè)分組為16個(gè)字節(jié)（每個(gè)字節(jié)8位）。密鑰的長(zhǎng)度可以使用128位、192位或256位。密鑰的長(zhǎng)度不同，推薦加密輪數(shù)也不同，如下表所示：
AES
密鑰長(zhǎng)度（32位比特字)
分組長(zhǎng)度(32位比特字)
加密輪數(shù)
AES
AES
AES
輪數(shù)在下面介紹，這里實(shí)現(xiàn)的是AES-128，也就是密鑰的長(zhǎng)度為128位，加密輪數(shù)為10輪。
上面說(shuō)到，AES的加密公式為C = E(K,P)，在加密函數(shù)E中，會(huì)執(zhí)行一個(gè)輪函數(shù)，并且執(zhí)行10次這個(gè)輪函數(shù)，這個(gè)輪函數(shù)的前9次執(zhí)行的操作是一樣的，只有第10次有所不同。也就是說(shuō)，一個(gè)明文分組會(huì)被加密10輪。AES的核心就是實(shí)現(xiàn)一輪中的所有操作。
AES的處理單位是字節(jié)，128位的輸入明文分組P和輸入密鑰K都被分成16個(gè)字節(jié)，分別記為P = P0 P1 … P15 和 K = K0 K1 … K15。如，明文分組為P = abcdefghijklmnop,其中的字符a對(duì)應(yīng)P0，p對(duì)應(yīng)P15。一般地，明文分組用字節(jié)為單位的正方形矩陣描述，稱(chēng)為狀態(tài)矩陣。在算法的每一輪中，狀態(tài)矩陣的內(nèi)容不斷發(fā)生變化，最后的結(jié)果作為密文輸出。該矩陣中字節(jié)的排列順序?yàn)閺纳系较?、從左至右依次排列，如下圖所示：
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現(xiàn)在假設(shè)明文分組P為”abcdefghijklmnop”，則對(duì)應(yīng)上面生成的狀態(tài)矩陣圖如下：
上圖中，0x61為字符a的十六進(jìn)制表示?？梢钥吹?，明文經(jīng)過(guò)AES加密后，已經(jīng)面目全非。
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類(lèi)似地，128位密鑰也是用字節(jié)為單位的矩陣表示，矩陣的每一列被稱(chēng)為1個(gè)32位比特字。通過(guò)密鑰編排函數(shù)該密鑰矩陣被擴(kuò)展成一個(gè)44個(gè)字組成的序列W,W, … ,W,該序列的前4個(gè)元素W,W,W,W是原始密鑰，用于加密運(yùn)算中的初始密鑰加（下面介紹）;后面40個(gè)字分為10組，每組4個(gè)字（128比特）分別用于10輪加密運(yùn)算中的輪密鑰加，如下圖所示：
上圖中，設(shè)K = “abcdefghijklmnop”，則K0 = a, K15 = p, W = K0 K1 K2 K3 = “abcd”。
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AES的整體結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中的W是指W、W、W和W串聯(lián)組成的128位密鑰。加密的第1輪到第9輪的輪函數(shù)一樣，包括4個(gè)操作：字節(jié)代換、行位移、列混合和輪密鑰加。最后一輪迭代不執(zhí)行列混合。另外，在之一輪迭代之前，先將明文和原始密鑰進(jìn)行一次異或加密操作。
上圖也展示了AES解密過(guò)程，解密過(guò)程仍為10輪，每一輪的操作是加密操作的逆操作。由于AES的4個(gè)作都是可逆的，因此，解密操作的一輪就是順序執(zhí)行逆行移位、逆字節(jié)代換、輪密鑰加和逆列混合。同加密操作類(lèi)似，最后一輪不執(zhí)行逆列混合，在第1輪解密之前，要執(zhí)行1次密鑰加操作。
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下面分別介紹AES中一輪的4個(gè)操作階段，這4分操作階段使輸入位得到充分的混淆。
一、字節(jié)代換
1.字節(jié)代換操作
AES的字節(jié)代換其實(shí)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的查表操作。AES定義了一個(gè)S盒和一個(gè)逆S盒。
AES的S盒：
行/列
A
B
C
D
E
F
0 0xx7c 0xx7b 0xf2 0x6b 0x6f 0xc5 0xxxx2b 0xfe 0xd7 0xab 0x76
1 0xca 0xxc9 0x7d 0xfa 0xxxf0 0xad 0xd4 0xa2 0xaf 0x9c 0xa4 0xxc0
2 0xb7 0xfd 0xxxx3f 0xf7 0xcc 0xxa5 0xe5 0xf1 0xxd8 0xx15
3 0xxc7 0xxc3 0xxxx9a 0xxxxe2 0xeb 0xxb2 0x75
4 0xxx2c 0x1a 0x1b 0x6e 0x5a 0xa0 0xx3b 0xd6 0xb3 0xxe3 0x2f 0x84
5 0xxd1 0xxed 0xxfc 0xb1 0x5b 0x6a 0xcb 0xbe 0xx4a 0x4c 0xxcf
6 0xd0 0xef 0xaa 0xfb 0xx4d 0xxxxf9 0xx7f 0xx3c 0x9f 0xa8
7 0xxa3 0xx8f 0xx9d 0xxf5 0xbc 0xb6 0xda 0xxxff 0xf3 0xd2
8 0xcd 0x0c 0xxec 0x5f 0xxxxc4 0xa7 0x7e 0x3d 0xx5d 0xx73
9 0xxx4f 0xdc 0xx2a 0xxxxee 0xb8 0xxde 0x5e 0x0b 0xdb
A 0xe0 0xx3a 0x0a 0xxxx5c 0xc2 0xd3 0xac 0xxxxe4 0x79
B 0xe7 0xc8 0xx6d 0x8d 0xd5 0x4e 0xa9 0x6c 0xxf4 0xea 0xx7a 0xae 0x08
C 0xba 0xxx2e 0x1c 0xa6 0xb4 0xc6 0xe8 0xdd 0xx1f 0x4b 0xbd 0x8b 0x8a
D 0xx3e 0xb5 0xxxxf6 0x0e 0xxxxb9 0xxc1 0x1d 0x9e
E 0xe1 0xf8 0xxxxd9 0x8e 0xx9b 0x1e 0xxe9 0xce 0xxxdf
F 0x8c 0xa1 0xx0d 0xbf 0xe6 0xxxxx2d 0x0f 0xb0 0xxbb 0x16
狀態(tài)矩陣中的元素按照下面的方式映射為一個(gè)新的字節(jié)：把該字節(jié)的高4位作為行值，低4位作為列值，取出S盒或者逆S盒中對(duì)應(yīng)的行的元素作為輸出。例如，加密時(shí)，輸出的字節(jié)S1為0x12,則查S盒的第0x01行和0x02列，得到值0xc9,然后替換S1原有的0x12為0xc9。狀態(tài)矩陣經(jīng)字節(jié)代換后的圖如下：
(第二個(gè)字符0xAB查表后應(yīng)該是轉(zhuǎn)換成0x62的，感謝細(xì)心的朋友指出，有空再重新畫(huà)圖更正了)
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2.字節(jié)代換逆操作
逆字節(jié)代換也就是查逆S盒來(lái)變換，逆S盒如下：
行/列
A
B
C
D
E
F
0 0xxx6a 0xd5 0xxxa5 0xxbf 0xxa3 0x9e 0xxf3 0xd7 0xfb
1 0x7c 0xe3 0xxx9b 0x2f 0xff 0xxx8e 0xxxc4 0xde 0xe9 0xcb
2 0xx7b 0xxxa6 0xc2 0xx3d 0xee 0x4c 0xx0b 0xxfa 0xc3 0x4e
3 0xx2e 0xa1 0xxxd9 0xxb2 0xx5b 0xa2 0xx6d 0x8b 0xd1 0x25
4 0xxf8 0xf6 0xxxxxxd4 0xa4 0x5c 0xcc 0x5d 0xxb6 0x92
5 0x6c 0xxxxfd 0xed 0xb9 0xda 0x5e 0xxxxa7 0x8d 0x9d 0x84
6 0xxd8 0xab 0xx8c 0xbc 0xd3 0x0a 0xf7 0xe4 0xxxb8 0xb3 0xx06
7 0xd0 0x2c 0x1e 0x8f 0xca 0x3f 0x0f 0xxc1 0xaf 0xbd 0xxxx8a 0x6b
8 0x3a 0xxxx4f 0xxdc 0xea 0xxf2 0xcf 0xce 0xf0 0xb4 0xe6 0x73
9 0xxac 0xxxe7 0xad 0xxxe2 0xf9 0xxe8 0x1c 0xxdf 0x6e
A 0xxf1 0x1a 0xx1d 0xxc5 0xx6f 0xb7 0xx0e 0xaa 0xxbe 0x1b
B 0xfc 0xx3e 0x4b 0xc6 0xd2 0xxx9a 0xdb 0xc0 0xfe 0xxcd 0x5a 0xf4
C 0x1f 0xdd 0xa8 0xxxxc7 0xxb1 0xxxxxxec 0x5f
D 0xxx7f 0xa9 0xxb5 0x4a 0x0d 0x2d 0xe5 0x7a 0x9f 0xxc9 0x9c 0xef
E 0xa0 0xe0 0x3b 0x4d 0xae 0x2a 0xf5 0xb0 0xc8 0xeb 0xbb 0x3c 0xxxx61
F 0xx2b 0xx7e 0xba 0xxd6 0xxe1 0xxxxxx0c 0x7d
二、行移位
1.行移位操作
行移位是一個(gè)簡(jiǎn)單的左循環(huán)移位操作。當(dāng)密鑰長(zhǎng)度為128比特時(shí)，狀態(tài)矩陣的第0行左移0字節(jié)，第1行左移1字節(jié)，第2行左移2字節(jié)，第3行左移3字節(jié)，如下圖所示：
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2.行移位的逆變換
行移位的逆變換是將狀態(tài)矩陣中的每一行執(zhí)行相反的移位操作，例如AES-128中，狀態(tài)矩陣的第0行右移0字節(jié)，第1行右移1字節(jié)，第2行右移2字節(jié)，第3行右移3字節(jié)。
三、列混合
1.列混合操作
列混合變換是通過(guò)矩陣相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)行移位后的狀態(tài)矩陣與固定的矩陣相乘，得到混淆后的狀態(tài)矩陣，如下圖的公式所示：
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狀態(tài)矩陣中的第j列(0 ≤j≤3)的列混合可以表示為下圖所示：
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其中，矩陣元素的乘法和加法都是定義在基于GF(2^8)上的二元運(yùn)算,并不是通常意義上的乘法和加法。這里涉及到一些信息安全上的數(shù)學(xué)知識(shí)，不過(guò)不懂這些知識(shí)也行。其實(shí)這種二元運(yùn)算的加法等價(jià)于兩個(gè)字節(jié)的異或，乘法則復(fù)雜一點(diǎn)。對(duì)于一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)來(lái)說(shuō)，使用域上的乘法乘以()等價(jià)于左移1位(低位補(bǔ)0)后，再根據(jù)情況同()進(jìn)行異或運(yùn)算，設(shè)S1 = (a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0)，剛0x02 * S1如下圖所示：
也就是說(shuō)，如果a7為1，則進(jìn)行異或運(yùn)算，否則不進(jìn)行。
類(lèi)似地，乘以()可以拆分成兩次乘以()的運(yùn)算：
乘以()可以拆分成先分別乘以()和()，再將兩個(gè)乘積異或：
因此，我們只需要實(shí)現(xiàn)乘以2的函數(shù)，其他數(shù)值的乘法都可以通過(guò)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
下面舉個(gè)具體的例子,輸入的狀態(tài)矩陣如下：
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C9 E5 FD 2B
7A FE
C
B0 AE5
下面，進(jìn)行列混合運(yùn)算：
以之一列的運(yùn)算為例：
其它列的計(jì)算就不列舉了，列混合后生成的新?tīng)顟B(tài)矩陣如下：
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D4 E7 CD
E5 BB
BE C6 D6 BF
F DF A5
2.列混合逆運(yùn)算
逆向列混合變換可由下圖的矩陣乘法定義：
可以驗(yàn)證，逆變換矩陣同正變換矩陣的乘積恰好為單位矩陣。
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四、輪密鑰加
輪密鑰加是將128位輪密鑰Ki同狀態(tài)矩陣中的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐位異或操作，如下圖所示。其中，密鑰Ki中每個(gè)字W,W,W,W為32位比特字，包含4個(gè)字節(jié)，他們的生成算法下面在下面介紹。輪密鑰加過(guò)程可以看成是字逐位異或的結(jié)果，也可以看成字節(jié)級(jí)別或者位級(jí)別的操作。也就是說(shuō)，可以看成S0 S1 S2 S3 組成的32位字與W的異或運(yùn)算。
輪密鑰加的逆運(yùn)算同正向的輪密鑰加運(yùn)算完全一致，這是因?yàn)楫惢虻哪娌僮魇瞧渥陨?。輪密鑰加非常簡(jiǎn)單，但卻能夠影響S數(shù)組中的每一位。
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密鑰擴(kuò)展
AES首先將初始密鑰輸入到一個(gè)4*4的狀態(tài)矩陣中，如下圖所示。
這個(gè)4*4矩陣的每一列的4個(gè)字節(jié)組成一個(gè)字，矩陣4列的4個(gè)字依次命名為W、W、W和W，它們構(gòu)成一個(gè)以字為單位的數(shù)組W。例如，設(shè)密鑰K為”abcdefghijklmnop”,則K0 = ‘a(chǎn)’,K1 = ‘b’, K2 = ‘c’,K3 = ‘d’,W = “abcd”。
接著，對(duì)W數(shù)組擴(kuò)充40個(gè)新列，構(gòu)成總共44列的擴(kuò)展密鑰數(shù)組。新列以如下的遞歸方式產(chǎn)生：
1.如果i不是4的倍數(shù)，那么第i列由如下等式確定：
W=W?W
2.如果i是4的倍數(shù)，那么第i列由如下等式確定：
W=W?T(W)
其中，T是一個(gè)有點(diǎn)復(fù)雜的函數(shù)。
函數(shù)T由3部分組成：字循環(huán)、字節(jié)代換和輪常量異或，這3部分的作用分別如下。
a.字循環(huán)：將1個(gè)字中的4個(gè)字節(jié)循環(huán)左移1個(gè)字節(jié)。即將輸入字變換成。
b.字節(jié)代換：對(duì)字循環(huán)的結(jié)果使用S盒進(jìn)行字節(jié)代換。
c.輪常量異或：將前兩步的結(jié)果同輪常量Rcon進(jìn)行異或，其中j表示輪數(shù)。
輪常量Rcon是一個(gè)字，其值見(jiàn)下表。
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j
Rcon
j
RconB
下面舉個(gè)例子：
設(shè)初始的128位密鑰為：
3C A1 0BFEAC C1 07 BD
那么4個(gè)初始值為：
W = 3C A1 0B 21
W = 57 F
W = 90 2E
W = AC C1 07 BD
下面求擴(kuò)展的第1輪的子密鑰(W,W,W,W)。
由于4是4的倍數(shù)，所以：
W = W ? T(W)
T(W)的計(jì)算步驟如下：
1. 循環(huán)地將W的元素移位：AC C1 07 BD變成C1 07 BD AC;
2. 將 C1 07 BD AC 作為S盒的輸入，輸出為78 C5 7A 91;
3. 將78 C5 7A 91與之一輪輪常量Rcon進(jìn)行異或運(yùn)算，將得到79 C5 7A 91，因此，T(W)=79 C5 7A 91，故
W = 3C A1 0B 21 ? 79 C5 7A 91 =B0
其余的3個(gè)子密鑰段的計(jì)算如下：
W = W ? W = 57 F?B0 =A6
W = W ? W =90 2E?A6 = 82 BA 7B 26
W = W ? W = AC C1 07 BD ? 82 BA 7B 26 = 2E 7B 7C 9B
所以，之一輪的密鑰為BA6 82 BA 7B 26 2E 7B 7C 9B。
AES解密
在文章開(kāi)始的圖中，有AES解密的流程圖，可以對(duì)應(yīng)那個(gè)流程圖來(lái)進(jìn)行解密。下面介紹的是另一種等價(jià)的解密模式，流程圖如下圖所示。這種等價(jià)的解密模式使得解密過(guò)程各個(gè)變換的使用順序同加密過(guò)程的順序一致，只是用逆變換取代原來(lái)的變換。
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