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//gcc 7.4.0 #include <stdio.h> #define Nb 4 //加解密数据块大小,固定为4 //加密类型对应的密匙长度,单位bit typedef enum { AES128 = 128, AES192 = 192, AES256 = 256, } AESType_t; //加解密模式 typedef enum { AES_MODE_ECB = 0, // 电子密码本模式 AES_MODE_CBC = 1, // 密码分组链接模式 } AESMode_t; typedef struct { int Nk; //用户不需要填充,密钥长度,单位字节, AES128:Nk=16、AES192:Nk=24、AES256:Nr=32 int Nr; //用户不需要填充,加密的轮数 AES128:Nr=10、AES192:Nr=12、AES256:Nr=14 int type;//用户需填充,关联AESType_t int mode;//用户需填充,关联AESMode_t const void *key;//用户需填充,密匙 const void *pIV;//用户需填充,初始化向量, 当mode=AES_MODE_CBC时需要设置,指向unsigned char IV[4*Nb]; //AES拓展密匙, 空间大小 AES128:4*Nb*(10+1):4*Nb*(12+1)、AES256:4*Nb*(14+1) unsigned char expandKey[4*Nb*(14+1)];//用户不需要填充,[4*Nb*(Nr+1)]、这里按最大的AES256进行初始化 } AESInfo_t; //秘钥,根据实际情况自己定义,AES128 用16字节、AES192 用24字节、AES256 用32字节 unsigned char aes_key[16] = {'a','s','d','f','+','-','*','/','h','j','k','m',5,6,7,8}; /*unsigned char key[32] = { 0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x30,0x41,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46, 0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x30,0x41,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46 }; */ //初始化向量, 固定长度16个, 当mode=AES_MODE_CBC时用到 // unsigned char IV[4*Nb] = {0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x30,0x41,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46}; unsigned char aes_IV[16] = {'q','w','e','r','t','y','u','i','o','p','g','b',51,53,55,59}; //设置加密方式、密匙 AESInfo_t aesInfo = { .type = AES128, .mode = AES_MODE_CBC, .key = aes_key, .pIV = aes_IV }; // GF(2^8) 多项式 #define BPOLY 0x1B //x^4 + x^3 + x^1 + x^0= 从右边开始算,bit0、bit1、bit3、bit4、为1,bit2、bit5、bit6、bit7为0,即00011011=0x1B /* SubstituteBytes() 加密时:使用S盒,将待加密数据为S盒索引将加密数据替换为S盒的内容 解密时:使用逆S盒,将已加密数据为逆S盒索引将已加密数据替换为逆S盒子的内容 其实就是将数据按表替换, 例如待加密数据unsigned char data = 9; 加密数据:encryptData = SBox[data] = SBox[9] = 0x01;//注意索引从0开始 解密数据:decryptData = InvSBox[encryptData] = InvSBox[0x01] = 9; SBox和InvSBox的关系是 data = InvSBox[SBox[data]];还跟GF(2^8) 多项式有关 */ // 加密用的S盒 static const unsigned char SBox[256] = { 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 }; // 解密用的SBox static const unsigned char InvSBox[256] = { 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, 0x24, 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, 0xf9, 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, 0x9f, 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 }; /***************************************************************************** * 函数名: RShiftWord * 功能描述: 对一个pWord 4字节数据进行循环右移。 * 输入参数: pWord -- 要右移的4字节数据。 * 输出参数: pWord -- 右移后的4字节数据。 * 返回值: 无。 *****************************************************************************/ static void RShiftWord(unsigned char *pWord) { unsigned char temp = pWord[0]; pWord[0] = pWord[1]; pWord[1] = pWord[2]; pWord[2] = pWord[3]; pWord[3] = temp; } /***************************************************************************** * 函数名: XorBytes * 功能描述: 异或两组数据。 * 输入参数: pData1 -- 要异或的第一组数据。 * pData2 -- 要异或的第二组数据。 * nCount -- 参与异或的数据长度。 * 输出参数: pData1 -- 异或后的结果。 * 返回值: 无。 *****************************************************************************/ static void XorBytes(unsigned char *pData1, const unsigned char *pData2, unsigned char nCount) { unsigned char i; for (i = 0; i < nCount; i++) { pData1[i] ^= pData2[i]; } } /***************************************************************************** * 函数名: AddKey * 功能描述: 把 pData数据 加上(异或)pKey密钥,数据长度为16字节。 * 输入参数: pData -- 数据。 * pKey -- 密钥。 * 输出参数: pStpDataate -- 加上子密钥后的数据。 * 返回值: 无。 *****************************************************************************/ static void AddKey(unsigned char *pData, const unsigned char *pKey) { XorBytes(pData, pKey, 4 * Nb); } /***************************************************************************** * 函数名: SubstituteBytes * 功能描述: 通过S盒子置换数据。 * 输入参数: pData -- 数据。 * dataCnt -- 数据长度。 * pBox -- 置换盒子,加密时使用SBox, 解密时使用InvSBox * 输出参数: pData -- 置换后的状态数据。 * 返回值: 无。 *****************************************************************************/ static void SubstituteBytes(unsigned char *pData, unsigned char dataCnt, const unsigned char *pBox) { unsigned char i; for (i = 0; i < dataCnt; i++) { pData[i] = pBox[pData[i]]; } } /***************************************************************************** * 函数名: ShiftRows * 功能描述: 把状态数据移行。 * 输入参数: pState -- 状态数据。 * bInvert -- 是否反向移行(解密时使用)。 * 输出参数: pState -- 移行后的状态数据。 * 返回值: 无。 *****************************************************************************/ static void ShiftRows(unsigned char *pState, unsigned char bInvert) { // 注意:状态数据以列形式存放! unsigned char r; // row, 行 unsigned char c; // column,列 unsigned char temp; unsigned char rowData[4]; for (r = 1; r < 4; r++) { // 备份一行数据 for (c = 0; c < 4; c++) { rowData[c] = pState[r + 4*c]; } temp = bInvert ? (4 - r) : r; for (c = 0; c < 4; c++) { pState[r + 4*c] = rowData[(c + temp) % 4]; } } } /***************************************************************************** * 函数名: GfMultBy02 * 功能描述: 在GF(28)域的 乘2 运算。 * 输入参数: num -- 乘数。 * 输出参数: 无。 * 返回值: num乘以2的结果。 *****************************************************************************/ static unsigned char GfMultBy02(unsigned char num) { if (0 == (num & 0x80)) { num = num << 1; } else { num = (num << 1) ^ BPOLY; } return num; } /***************************************************************************** * 函数名: MixColumns * 功能描述: 混合各列数据。 * 输入参数: pData -- 数据。 * bInvert -- 是否反向混合(解密时使用)。 * 输出参数: pData -- 混合列后的状态数据。 * 返回值: 无。 *****************************************************************************/ static void MixColumns(unsigned char *pData, unsigned char bInvert) { unsigned char i; unsigned char temp; unsigned char a0Pa2_M4; // 4(a0 + a2) unsigned char a1Pa3_M4; // 4(a1 + a3) unsigned char result[4]; for (i = 0; i < 4; i++, pData += 4) { temp = pData[0] ^ pData[1] ^ pData[2] ^ pData[3]; result[0] = temp ^ pData[0] ^ GfMultBy02((unsigned char)(pData[0] ^ pData[1])); result[1] = temp ^ pData[1] ^ GfMultBy02((unsigned char)(pData[1] ^ pData[2])); result[2] = temp ^ pData[2] ^ GfMultBy02((unsigned char)(pData[2] ^ pData[3])); result[3] = temp ^ pData[3] ^ GfMultBy02((unsigned char)(pData[3] ^ pData[0])); if (bInvert) { a0Pa2_M4 = GfMultBy02(GfMultBy02((unsigned char)(pData[0] ^ pData[2]))); a1Pa3_M4 = GfMultBy02(GfMultBy02((unsigned char)(pData[1] ^ pData[3]))); temp = GfMultBy02((unsigned char)(a0Pa2_M4 ^ a1Pa3_M4)); result[0] ^= temp ^ a0Pa2_M4; result[1] ^= temp ^ a1Pa3_M4; result[2] ^= temp ^ a0Pa2_M4; result[3] ^= temp ^ a1Pa3_M4; } memcpy(pData, result, 4); } } /***************************************************************************** * 函数名: BlockEncrypt * 功能描述: 对单块数据加密。 * 输入参数: pData -- 要加密的块数据。 * 输出参数: pData -- 加密后的块数据。 * 返回值: 无。 *****************************************************************************/ static void BlockEncrypt(AESInfo_t *aesInfoP, unsigned char *pData) { unsigned char i; AddKey(pData, aesInfoP->expandKey); for (i = 1; i <= aesInfoP->Nr; i++) { SubstituteBytes(pData, 4 * Nb, SBox); ShiftRows(pData, 0); if (i != aesInfoP->Nr) { MixColumns(pData, 0); } AddKey(pData, &aesInfoP->expandKey[4*Nb*i]); } } /***************************************************************************** * 函数名: BlockDecrypt * 功能描述: 对单块数据解密。 * 输入参数: pData -- 要解密的数据。 * 输出参数: pData -- 解密后的数据。 * 返回值: 无。 *****************************************************************************/ static void BlockDecrypt(AESInfo_t *aesInfoP, unsigned char *pData) { unsigned char i; AddKey(pData, &aesInfoP->expandKey[4*Nb*aesInfoP->Nr]); for (i = aesInfoP->Nr; i > 0; i--) { ShiftRows(pData, 1); SubstituteBytes(pData, 4 * Nb, InvSBox); AddKey(pData, &aesInfoP->expandKey[4*Nb*(i-1)]); if (1 != i) { MixColumns(pData, 1); } } } /***************************************************************************** * 函数名: AESAddPKCS7Padding * 描述: PKCS7 方式填充数据 * 输入参数: data -- 后面最多预留16个字节空间用于存放填充值 * len -- 数据的长度 * 输出参数: data -- 添加填充码后的数据 * 返回值: 填充后的长度 *****************************************************************************/ static unsigned int AESAddPKCS7Padding(unsigned char *data, unsigned int len) { unsigned int newLen; newLen = len + 16 - (len % 16); memset(&data[len], newLen-len, newLen-len); return newLen; } /***************************************************************************** * 函数名: AESDelPKCS7Padding * 描述: PKCS7Padding 填充密文解密后剔除填充值 * 输入参数: pData -- 解密后的数据 * len -- 数据的长度 * 输出参数: pData -- 删除填充码后的数据 * 返回值: 删除后的实际有效数据长度,为0表示传入的数据异常 *****************************************************************************/ static unsigned int AESDelPKCS7Padding(unsigned char *pData, unsigned int len) { if (0 != (len & 0x0F)) {//1组16字节,(0 != (len & 0x0F)说明不是16的倍数 return 0; } if (pData[len - 1] > len) { return 0; } return len - pData[len - 1]; } /***************************************************************************** * 函数名: AESInit * 功能描述: 初始化 * 输入参数: aesInfoP -- 用户需要填充 * 输出参数: 无。 * 返回值: 无。 *****************************************************************************/ void AESInit(AESInfo_t *aesInfoP) { unsigned char i; unsigned char *pExpandKey;//扩展密钥 unsigned char Rcon[4] = {0x01, 0x00, 0x00, 0x00}; switch (aesInfoP->type) { case AES128: aesInfoP->Nr = 10; aesInfoP->Nk = 4; break; case AES192: aesInfoP->Nr = 12; aesInfoP->Nk = 6; break; case AES256: aesInfoP->Nr = 14; aesInfoP->Nk = 8; break; default: aesInfoP->Nr = 10; aesInfoP->Nk = 4; break; } //拓展密匙 memcpy(aesInfoP->expandKey, aesInfoP->key, 4 * aesInfoP->Nk);//第一个是原始密匙, pExpandKey = &aesInfoP->expandKey[4*aesInfoP->Nk]; //拓展密匙AES128:10个、AES192:12个、AES256:14个 for (i = aesInfoP->Nk; i < Nb*(aesInfoP->Nr + 1); pExpandKey += 4, i++) { memcpy(pExpandKey, pExpandKey - 4, 4); if (0 == i % aesInfoP->Nk) { RShiftWord(pExpandKey); SubstituteBytes(pExpandKey, 4, SBox); XorBytes(pExpandKey, Rcon, 4); Rcon[0] = GfMultBy02(Rcon[0]); } else if (6 < aesInfoP->Nk && i % aesInfoP->Nk == Nb) { SubstituteBytes(pExpandKey, 4, SBox); } XorBytes(pExpandKey, pExpandKey - 4 * aesInfoP->Nk, 4); } } /***************************************************************************** * 函数名: AESEncrypt * 功能描述: 加密数据 * 输入参数: aesInfoP -- 包含key、加密方式等初始化信息 * pPlainText -- 要加密的明文数据,其长度为dataLen字节。 * dataLen -- 明文数据长度,以字节为单位 * 输出参数: pCipherText -- 加密后的数据 * 返回值: 解密后的数据长度。 *****************************************************************************/ unsigned int AESEncrypt(AESInfo_t *aesInfoP, const unsigned char *pPlainText, unsigned char *pCipherText, unsigned int dataLen) { unsigned int i; const void *pIV; if (pPlainText != pCipherText) { memcpy(pCipherText, pPlainText, dataLen); } //必须是16的整倍数,不够的填充,pkcs7算法是缺n补n个n,比如13字节数据缺了3个,后面就补3个3;如果刚好是16的倍数,就填充16个16 dataLen = AESAddPKCS7Padding(pCipherText, dataLen);//注意如果是使用NOpadding方式,则此句注释掉即可,同时解密函数对应的AESDelPKCS7Padding()函数也需一同注释掉。 pIV = aesInfoP->pIV; for (i = dataLen / (4 * Nb); i > 0 ; i--, pCipherText += 4 * Nb) { if (AES_MODE_CBC == aesInfoP->mode) { XorBytes(pCipherText, pIV, 4 * Nb); } BlockEncrypt(aesInfoP, pCipherText); pIV = pCipherText; } return dataLen; } /***************************************************************************** * 函数名: AESDecrypt * 功能描述: 解密数据 * 输入参数: aesInfoP -- 包含key、加密方式等初始化信息 * pCipherText -- 要解密的密文 * dataLen -- 密文数据长度,以字节为单位,必须是整倍数,AES128:16倍数、AES192:24倍数、AES256:32倍数。 * 输出参数: pPlainText -- 解密出来的明文 * 返回值: 返回解密后的数据长度。 *****************************************************************************/ unsigned int AESDecrypt(AESInfo_t *aesInfoP, unsigned char *pPlainText, const unsigned char *pCipherText, unsigned int dataLen) { unsigned int i; unsigned char *pPlainTextBack = pPlainText; if (pPlainText != pCipherText) { memcpy(pPlainText, pCipherText, dataLen); } //当mode=AES_MODE_CBC时需要从最后一块数据开始解密 pPlainText += dataLen - 4 * Nb; for (i = dataLen / (4 * Nb); i > 0 ; i--, pPlainText -= 4 * Nb) { BlockDecrypt(aesInfoP, pPlainText); if (AES_MODE_CBC == aesInfoP->mode) { if (1 == i) {//原来的第一块数据是初始变量加密的 XorBytes(pPlainText, aesInfoP->pIV, 4 * Nb); } else { XorBytes(pPlainText, pPlainText - 4 * Nb, 4 * Nb); } } } //因为数据需要16字节对齐,可能有填充数据,需要去除后面的填充数据 return AESDelPKCS7Padding(pPlainTextBack, dataLen);//注意如果是使用NOpadding方式,则此句注释掉直接return datalen即可,同时加密函数对应的AESAddPKCS7Padding()函数也需一同注释掉。 } void PrintData(const char *head, unsigned char *data, unsigned int len) { unsigned int i; printf("%s, len:%u:\r\n", head, len); //按16进制打印出来 printf("HEX:["); for (i=0; i<len; i++) { printf("%02X ", data[i]); } printf("]\r\n"); //按ASCII码打印出来 printf("ASCII:["); for (i=0; i<len; i++) { if (isprint(data[i])) {//可打印字符 printf("'%c' ", data[i]); } else { printf("\\%02X ", data[i]); } } printf("]\r\n"); } void my_aes_init(void) { //初始化 AESInit(&aesInfo); } //加密 void my_aes_encrypt(unsigned char* sou_data, unsigned char* enc_data,unsigned char len) { unsigned char enc_len; //加密后的密文长度 enc_len = AESEncrypt(&aesInfo, sou_data, enc_data, len); PrintData("encryptMsg", enc_data, enc_len); } //解密 void my_aes_decrypt(unsigned char* enc_data, unsigned char* dec_data, unsigned char len) { unsigned char dec_len; //解密后的明文长度 dec_len = AESDecrypt(&aesInfo, dec_data, enc_data, len); PrintData("decryptMsg", dec_data, dec_len); } //测试例1 void my_aes_test(void) { //要加密的内容 unsigned char sourceMsg[8] = "hello"; unsigned char encrypt_data[33]={0}; unsigned char decrypt_data[33]={0}; my_aes_init(); PrintData("sourceMsg", sourceMsg, 5); my_aes_encrypt(sourceMsg,encrypt_data, 5); my_aes_decrypt(encrypt_data,decrypt_data, 16); } int main(void) { my_aes_test(); return 0; }
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