AES中加法 乘法 xtime運算詳述

2021-10-07 12:55:08 字數 2420 閱讀 9428

注意:文中數字均為2進製或16進製制,不要與10進製混淆。

aes中的運算為面向位元組的運算,有加法和乘法兩種。

aes中的運算包含面向位元組(8位)或4位元組(雙字,32位)運算,本文只介紹面向位元組(8位)。

加法可以理解為對應位的異或運算,如:

57⊕83 ---------------------------16進製制

=01010111⊕10000011-------2進製

異或運算具體步驟(對應位相同則為0,不相同則為1)

0 1 0 1 0 1 1 1

1 0 0 0 0 0 1 1

————————

1 1 0 1 0 1 0 0

=11010100-----------------------2進製

=d4---------------------------------16進製制

乘法類似多項式乘法,再結合類似mod m(x)方式計算。

之所以說類似,是因為運用多項式乘法後,需要消去係數為偶數的項,係數為奇數的項則將係數設定為1。因為2進製計算,係數只能為0和1。mod m(x)同樣不是一般的除法取餘,而是要使用異或運算。

m(x)=x8+x4+x3+x+1

至於為什麼是這個表示式,我也不清楚,希望有數學大咖解釋一下~

具體步驟可以參考下列例題:

xtime()演算法可用於面向位元組的乘法運算,在程式開發中應用廣泛,各種語言的實現**在網上都可以查到,就不再贅述。僅在此詳述演算法的推導以及筆算解題時的使用方法。

根據定義,xtime()運算是最高項指數不大於7的多項式b(x)乘以多項式x的乘法運算。

因為是面向字元的運算,根據上述乘法原理,可以推出下列bi(i=0,1,…7)為0或1。

即:b(x)=b7x7+b6x6+b5x5+b4x4+b3x3+b2x2+b1x+b0

xtime(b(x))=x·b(x)=(b7x8+b6x7+b5x6+b4x5+b3x4+b2x3+b1x2+b0x )mod m(x)

=(b7x8+b6x7+b5x6+b4x5+b3x4+b2x3+b1x2+b0x )mod (x8+x4+x3+x+1)

接下來要分類討論,當b7=0

當b7=1

根據面向位元組運算的定義,多項式x就是僅有一項且最該項指數為1的多形式,可以理解為00000010(2進製)或02(16進製制)。

xtime(b(x))=b(x)·x=b(x)·00000010=b(x)·02

也就是說,xtime()可以用於計算位元組與02(00000010)的乘法。

根據公式,當b7=0,xtime()就是將位元組左移一位,末位補0;

當b7=1,xtime()就是將位元組左移一位,末位補0,再與1b(00011011)異或。

以下均為2進製或16進製制,計算過程中應用交換律與結合律。

57·01=57=01010111

57·02=xtime(57)=xtime(01010111)=10101110=ae---------------------------------------------(b7=0,左移一位,末位補0)

57·03=57·(01+02)=57⊕xtime(57)=01010111⊕10101110=11111001=f9

57·04=57·02·02=ae·02=xtime(ae)=xtime(10101110)=01000111=47---------------------(b7=1,左移一位,末位補0,異或1b)

57·08=57·04·02=47·02=xtime(47)=xtime(01000111)=10001110=8e----------------------(b7=0,左移一位,末位補0)

57·10=57·08·02=8e·02=xtime(8e)=xtime(10001110)=00000111=07----------------------(b7=1,左移一位,末位補0,異或1b)

所以57·13

=57·(10+02+01)

=57·10⊕57·02⊕57·01

=00000111⊕10101110⊕01010111

=11111110

=fe施遊,朱小平.資訊保安工程師5天修煉.中國水利水電出版社

3.如有錯誤或表述不當,歡迎批評指正。

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