AES的S-BOX构造
2024-08-26 02:18:00
利用GF(2^8)乘法逆元,以及矩阵运算,可以构造出AES的SBOX。
求乘法逆元的一般方法是利用扩展欧几里得定理,在这里我取了个巧。
因为我已经有了GF的指数表(见上一篇文),利用指数表可以轻易地构造出乘法逆元表。具体方法如下:
若 x = 3^m, y = 3^n, x 与 y 互为乘法逆元,则有x * y = 3^m * 3^n = 1 = 3^255(任意乘法逆元的255次方必定为1,有点类似费尔马小定理),则m+n=255
#include<iostream>
#include<fstream>
#include <iomanip>
using namespace std;
unsigned char exp[], log[], inv[];
unsigned char GFmul(unsigned char a, unsigned char b){
//GF(2^8) 乘法
unsigned char result = ;
if((b&) == )result = a;
b >>= ;
for(int i = ; i < ; i ++){
if(a > ){
a = (a << ) ^ 0x1b;
}
else{
a <<= ;
}
if((b&) == ){
result ^= a;
}
b >>= ;
}
return result;
}
void generateMulTab(){
//选择生成元3作为构造乘法表的基础
const int N = ;
exp[] = N;
log[N] = ;
unsigned char tmp = N;
for(int i = ; i < ; i ++){
tmp = GFmul(tmp, N);
exp[i] = tmp;
log[tmp] = i;
}
}
void generateMulInverse(){
//利用exp来构造乘法逆元
inv[] = ;
inv[] = ;
//若3^m * 3^n = 1 = 3^255,则 m + n = 255
for(int i = ; i < ; i ++){
inv[exp[i]] = exp[-i];
}
}
unsigned char SBoxValue(unsigned char x){
//返回SBOX对应的值
bool xb[];
unsigned char y = inv[x];
//AES规定的常数项
const bool N[][] = {, , , , , , , ,
, , , , , , , ,
, , , , , , , ,
, , , , , , , ,
, , , , , , , ,
, , , , , , , ,
, , , , , , , ,
, , , , , , , };
const bool C[] = {, , , , , , , };
//将y转化为数组用作矩阵运算
for(int i = ; i < ; i ++){
xb[i] = (y&);
y >>= ;
}
//矩阵乘法
bool tmp[];
for(int i = ; i < ; i ++)tmp[i] = ;
for(int i = ; i < ; i ++){
for(int j = ; j < ; j ++){
tmp[i] ^= (N[i][j] & xb[j]);
}
tmp[i] ^= C[i];
}
//将数组结果转化为数值
unsigned char result = ;
result |= tmp[];
for(int i = ; i >= ; i --){
result <<= ;
if(tmp[i])result |= ;
}
return result;
}
int main(){
//单元测试,输出SBOX的全部值
generateMulTab();
generateMulInverse();
unsigned char SBox[][];
for(int i = ; i < ; i ++){
for(int j = ; j < ; j ++){
unsigned char tmp = i* + j;
SBox[i][j] = SBoxValue(tmp);
}
}
ofstream write("Test.txt");
for(int i = ; i < ; i ++){
for(int j = ; j < ; j ++){
write<<setiosflags(ios::left)<<setw()<<hex<<(int)SBox[i][j];
}
write<<endl;
}
write.close();
return ;
}
C++
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