浅谈加密算法 aes - HelloWorld开发者社区

一、目标

搞了这么多期签名和加密解密，今天我们聊聊高大上的东西：加密算法。

加密算法我们整体可以分为：不可逆加密算法和可逆加密算法。

不可逆加密算法

常见的不可逆加密算法有MD5，HMAC，SHA1、SHA-224、SHA-256、SHA-384，和SHA-512。他们的特点是，不能从加密后的结果解密出原文，主要用于校检数据的一致性，防止篡改数据，我们之前分析的大部分sign签名都是不可逆算法。也叫散列算法或者哈希算法。

可逆加密算法

可逆加密算法就是加密之后的密文可以解密出原文。又可以分为：非对称加密和对称加密。

非对称加密

非对称加密算法的特点是：有两个配对的密钥，通常一个叫公钥，一个叫私钥。可以公钥加密，私钥解密，也可以私钥加密，公钥来解密。

但是公钥加密的数据，公钥没法解密。同样私钥加密的数据，私钥自己也没法解密。

常用的非对称加密算法有 RSA。

对称加密

对称加密算法的特点是：加密和解密使用的是同一个密钥。常见的对称加密算法有 DES、3DES、AES128、AES192、AES256。 AES的强度比较高，被广泛大量使用。

今天我们详细聊聊AES

二、步骤

AES, Advanced Encryption Standard，其实是一套标准：FIPS 197，而我们所说的AES算法其实是Rijndael算法。

AES标准支持的分组大小固定为128位，也就是16个字节，密钥长度有3种选择：128位(16字节)、192位(24字节)及256位(32字节)。

AES-128 会把原文进行10轮运算来加密。

AES-192 会把原文进行12轮运算来加密。

AES-256 会把原文进行14轮运算来加密。

第一步，密钥扩展算法（KeyExpansion）

密钥扩展算法是Rijndael的密钥编排实现算法，其目的是根据种子密钥（用户密钥）生成多组轮密钥。轮密钥为多组128位(16字节)密钥，

AES-128 会把原文进行10轮运算来加密，需要11组密钥。

AES-192 会把原文进行12轮运算来加密，需要13组密钥。

AES-256 会把原文进行14轮运算来加密，需要15组密钥。

考虑到有这么一个种子密钥，

BYTE bKey[32] = {0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f,
                     0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17,0x18,0x19,0x1a,0x1b,0x1c,0x1d,0x1e,0x1f};

经过扩展之后的结果是

    00:  rs: 00010203
    01:  rs: 04050607
    02:  rs: 08090a0b
    03:  rs: 0c0d0e0f
    04:  rs: 10111213
    05:  rs: 14151617
    06:  rs: 18191a1b
    07:  rs: 1c1d1e1f
    08:  rot: 1d1e1f1c sub: a472c09c rcon: 01000000 xor: 9cc072a5 rs: a573c29f
    09:  equ: a573c29f rs: a176c498
    10:  equ: a176c498 rs: a97fce93
    11:  equ: a97fce93 rs: a572c09c
    12:  sub: 0640bade rs: 1651a8cd
    13:  equ: 1651a8cd rs: 0244beda
    14:  equ: 0244beda rs: 1a5da4c1
    15:  equ: 1a5da4c1 rs: 0640bade
    16:  rot: 40bade06 sub: 09f41d6f rcon: 02000000 xor: 6f1df40b rs: ae87dff0
    17:  equ: ae87dff0 rs: 0ff11b68
    18:  equ: 0ff11b68 rs: a68ed5fb
    19:  equ: a68ed5fb rs: 03fc1567
    20:  sub: 7bb05985 rs: 6de1f148
    21:  equ: 6de1f148 rs: 6fa54f92
    22:  equ: 6fa54f92 rs: 75f8eb53
    23:  equ: 75f8eb53 rs: 73b8518d
    24:  rot: b8518d73 sub: 6cd15d8f rcon: 04000000 xor: 8f5dd168 rs: c656827f
    25:  equ: c656827f rs: c9a79917
    26:  equ: c9a79917 rs: 6f294cec
    27:  equ: 6f294cec rs: 6cd5598b
    28:  sub: 5003cb3d rs: 3de23a75
    29:  equ: 3de23a75 rs: 524775e7
    30:  equ: 524775e7 rs: 27bf9eb4
    31:  equ: 27bf9eb4 rs: 5407cf39
    32:  rot: 07cf3954 sub: c58a1220 rcon: 08000000 xor: 20128acd rs: 0bdc905f
    33:  equ: 0bdc905f rs: c27b0948
    34:  equ: c27b0948 rs: ad5245a4
    35:  equ: ad5245a4 rs: c1871c2f
    36:  sub: 78179c15 rs: 45f5a660
    37:  equ: 45f5a660 rs: 17b2d387
    38:  equ: 17b2d387 rs: 300d4d33
    39:  equ: 300d4d33 rs: 640a820a
    40:  rot: 0a820a64 sub: 67136743 rcon: 10000000 xor: 43671377 rs: 7ccff71c
    41:  equ: 7ccff71c rs: beb4fe54
    42:  equ: beb4fe54 rs: 13e6bbf0
    43:  equ: 13e6bbf0 rs: d261a7df
    44:  sub: b5ef5c9e rs: f01afafe
    45:  equ: f01afafe rs: e7a82979
    46:  equ: e7a82979 rs: d7a5644a
    47:  equ: d7a5644a rs: b3afe640
    48:  rot: afe640b3 sub: 798e096d rcon: 20000000 xor: 6d098e59 rs: 2541fe71
    49:  equ: 2541fe71 rs: 9bf50025
    50:  equ: 9bf50025 rs: 8813bbd5
    51:  equ: 8813bbd5 rs: 5a721c0a
    52:  sub: be409c67 rs: 4e5a6699
    53:  equ: 4e5a6699 rs: a9f24fe0
    54:  equ: a9f24fe0 rs: 7e572baa
    55:  equ: 7e572baa rs: cdf8cdea
    56:  rot: f8cdeacd sub: 41bd87bd rcon: 40000000 xor: bd87bd01 rs: 24fc79cc
    57:  equ: 24fc79cc rs: bf0979e9
    58:  equ: bf0979e9 rs: 371ac23c
    59:  equ: 371ac23c rs: 6d68de36

一共60个结果，每4个结果是一组，可以组成15组密钥，用于后面的 1+14 = 15次运算

TIP: KeyExpansion详细的原理和代码参照文后的参考资料。

第二步轮密钥加(AddRoundKey)

听起来很高端，其实就是把入参明文和本轮密钥做一次异或。

结果如下

// 明文  string strIn = "Hello World ! i like aes";

 Round 0:
   input:  48 65 6c 6c 6f 20 57 6f 72 6c 64 20 21 20 69 20
   round:  00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f
   state:  48 64 6e 6f 6b 25 51 68 7a 65 6e 2b 2d 2d 67 2f

第三步 AES-256 开始进行14轮运算来加密

这14轮运算基本类似，主要包含4种主要运算操作：字节代换(SubByte)、行移位(ShiftRow)、列混合(MixColumn)、轮密钥加(AddRoundKey)。需要注意的是最后一轮不做列混合(MixColumn)。

字节代换(SubByte)

字节代换就是把原文替换成对应的（Substitution-box）S盒中的数据，S盒是256个元素，也是我们逆向分析中来定位是否使用AES算法的一个重要特征。

有深厚密码学功底的大厂会自己魔改S盒，这是需要很强的数学知识的，不是我等市井小民随便改改就行的。

行移位（Shift Rows）

这个代码比较好看懂，每四个一组，首位不变，后面的挪挪位置。

列混合（Mix Columns）

这个运算有点复杂，我木有看懂。

轮密钥加（Add Round Key）

我们之前不是生成了15组密钥吗？第一组在第0轮的轮密钥加中用了，后面的14组就用在这里。

Round 1:
   input:  48 64 6e 6f 6b 25 51 68 7a 65 6e 2b 2d 2d 67 2f
     sub:  52 43 9f a8 7f 3f d1 45 da 4d 9f f1 d8 d8 85 15
   shift:  52 3f 9f 15 7f 4d 85 a8 da d8 9f 45 d8 43 d1 f1
     mix:  6f 83 77 7c 04 d9 c0 02 06 8e e8 b8 4e c7 2a 18
   round:  10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1a 1b 1c 1d 1e 1f
   state:  7f 92 65 6f 10 cc d6 15 1e 97 f2 a3 52 da 34 07
 Round 2:
   input:  7f 92 65 6f 10 cc d6 15 1e 97 f2 a3 52 da 34 07
     sub:  d2 4f 4d a8 ca 4b f6 59 72 88 89 0a 00 57 18 c5
   shift:  d2 4b 89 c5 ca 88 18 a8 72 57 4d 59 00 4f f6 0a
     mix:  2e 01 c4 3e bc 41 91 9e 09 52 54 3e 2d 95 a6 ad
   round:  a5 73 c2 9f a1 76 c4 98 a9 7f ce 93 a5 72 c0 9c
   state:  8b 72 06 a1 1d 37 55 06 a0 2d 9a ad 88 e7 66 31
 Round 3:
   input:  8b 72 06 a1 1d 37 55 06 a0 2d 9a ad 88 e7 66 31
     sub:  3d 40 6f 32 a4 9a fc 6f e0 d8 b8 95 c4 94 33 c7
   shift:  3d 9a b8 c7 a4 d8 33 32 e0 94 6f 6f c4 40 fc 95
     mix:  b0 06 9e f0 21 68 4c 78 7c 0d 1b 1e 3a ce c3 da
   round:  16 51 a8 cd 02 44 be da 1a 5d a4 c1 06 40 ba de
   state:  a6 57 36 3d 23 2c f2 a2 66 50 bf df 3c 8e 79 04
 Round 4:
   input:  a6 57 36 3d 23 2c f2 a2 66 50 bf df 3c 8e 79 04
     sub:  24 5b 05 27 26 71 89 3a 33 53 08 9e eb 19 b6 f2
   shift:  24 71 08 f2 26 53 b6 27 33 19 05 3a eb 5b 89 9e
     mix:  21 2c 48 ea 28 66 6b c1 72 34 6e 3d 37 43 00 d3
   round:  ae 87 df f0 0f f1 1b 68 a6 8e d5 fb 03 fc 15 67
   state:  8f ab 97 1a 27 97 70 a9 d4 ba bb c6 34 bf 15 b4
 Round 5:
   input:  8f ab 97 1a 27 97 70 a9 d4 ba bb c6 34 bf 15 b4
     sub:  73 62 88 a2 cc 88 51 d3 48 f4 ea b4 18 08 59 8d
   shift:  73 88 ea 8d cc f4 59 a2 48 08 88 d3 18 62 51 b4
     mix:  02 d0 b8 f6 7f 76 77 bd d3 08 25 e5 73 9b 1f 68
   round:  6d e1 f1 48 6f a5 4f 92 75 f8 eb 53 73 b8 51 8d
   state:  6f 31 49 be 10 d3 38 2f a6 f0 ce b6 00 23 4e e5
 Round 6:
   input:  6f 31 49 be 10 d3 38 2f a6 f0 ce b6 00 23 4e e5
     sub:  a8 c7 3b ae ca 66 07 15 24 8c 8b 4e 63 26 2f d9
   shift:  a8 66 8b d9 ca 8c 2f ae 24 26 3b 15 63 c7 07 4e
     mix:  b3 3b b3 a7 81 16 f1 a1 0c 30 4b 5b dd b1 78 f9
   round:  c6 56 82 7f c9 a7 99 17 6f 29 4c ec 6c d5 59 8b
   state:  75 6d 31 d8 48 b1 68 b6 63 19 07 b7 b1 64 21 72
 Round 7:
   input:  75 6d 31 d8 48 b1 68 b6 63 19 07 b7 b1 64 21 72
     sub:  9d 3c c7 61 52 c8 45 4e fb d4 c5 a9 c8 43 fd 40
   shift:  9d c8 c5 40 52 d4 fd 61 fb 43 c7 4e c8 3c 45 a9
     mix:  e7 02 04 31 5f 9c c4 1d a1 61 ff 0e 23 d6 9e 73
   round:  3d e2 3a 75 52 47 75 e7 27 bf 9e b4 54 07 cf 39
   state:  da e0 3e 44 0d db b1 fa 86 de 61 ba 77 d1 51 4a
 Round 8:
   input:  da e0 3e 44 0d db b1 fa 86 de 61 ba 77 d1 51 4a
     sub:  57 e1 b2 1b d7 b9 c8 2d 44 1d ef f4 f5 3e d1 d6
   shift:  57 b9 ef d6 d7 1d d1 1b 44 3e b2 2d f5 e1 c8 f4
     mix:  47 c2 4a 18 58 9e 5e 98 55 d8 72 1a f5 9b 98 de
   round:  0b dc 90 5f c2 7b 09 48 ad 52 45 a4 c1 87 1c 2f
   state:  4c 1e da 47 9a e5 57 d0 f8 8a 37 be 34 1c 84 f1
 Round 9:
   input:  4c 1e da 47 9a e5 57 d0 f8 8a 37 be 34 1c 84 f1
     sub:  29 72 57 a0 b8 d9 5b 70 41 7e 9a ae 18 9c 5f a1
   shift:  29 d9 9a a1 b8 7e 5f a0 41 9c 57 70 18 72 5b ae
     mix:  19 94 27 61 16 05 83 a9 1a eb e3 e8 53 bf 35 46
   round:  45 f5 a6 60 17 b2 d3 87 30 0d 4d 33 64 0a 82 0a
   state:  5c 61 81 01 01 b7 50 2e 2a e6 ae db 37 b5 b7 4c
 Round 10:
   input:  5c 61 81 01 01 b7 50 2e 2a e6 ae db 37 b5 b7 4c
     sub:  4a ef 0c 7c 7c a9 53 31 e5 8e e4 b9 9a d5 a9 29
   shift:  4a a9 e4 29 7c 8e a9 7c e5 d5 0c 31 9a ef 53 b9
     mix:  b9 1d 4b c1 a4 e7 3f 5b 88 71 7b 8f ef 13 03 60
   round:  7c cf f7 1c be b4 fe 54 13 e6 bb f0 d2 61 a7 df
   state:  c5 d2 bc dd 1a 53 c1 0f 9b 97 c0 7f 3d 72 a4 bf
 Round 11:
   input:  c5 d2 bc dd 1a 53 c1 0f 9b 97 c0 7f 3d 72 a4 bf
     sub:  a6 b5 65 c1 a2 ed 78 76 14 88 ba d2 27 40 49 08
   shift:  a6 ed ba 08 a2 88 49 c1 14 40 65 76 27 b5 78 d2
     mix:  c9 ba 3c b6 54 b3 e0 a5 fb 4d 04 f5 20 0c 0f 1b
   round:  f0 1a fa fe e7 a8 29 79 d7 a5 64 4a b3 af e6 40
   state:  39 a0 c6 48 b3 1b c9 dc 2c e8 60 bf 93 a3 e9 5b
 Round 12:
   input:  39 a0 c6 48 b3 1b c9 dc 2c e8 60 bf 93 a3 e9 5b
     sub:  12 e0 b4 52 6d af dd 86 71 9b d0 08 dc 0a 1e 39
   shift:  12 af d0 39 6d 9b 1e 52 71 0a b4 86 dc e0 dd 08
     mix:  27 05 4d 3b 20 30 3c 96 ce 24 99 3a 4d 73 85 52
   round:  25 41 fe 71 9b f5 00 25 88 13 bb d5 5a 72 1c 0a
   state:  02 44 b3 4a bb c5 3c b3 46 37 22 ef 17 01 99 58
 Round 13:
   input:  02 44 b3 4a bb c5 3c b3 46 37 22 ef 17 01 99 58
     sub:  77 1b 6d d6 ea a6 eb 6d 5a 9a 93 df f0 7c ee 6a
   shift:  77 a6 93 6a ea 9a ee d6 5a 7c 6d 6d f0 1b eb df
     mix:  e6 e4 52 78 42 3a d6 e6 30 78 4b 25 e2 3f 5c 5e
   round:  4e 5a 66 99 a9 f2 4f e0 7e 57 2b aa cd f8 cd ea
   state:  a8 be 34 e1 eb c8 99 06 4e 2f 60 8f 2f c7 91 b4
 Round 14:
   input:  a8 be 34 e1 eb c8 99 06 4e 2f 60 8f 2f c7 91 b4
     sub:  c2 ae 18 f8 e9 e8 ee 6f 2f 15 d0 73 15 c6 81 8d
   shift:  c2 e8 d0 8d e9 15 81 f8 2f c6 18 6f 15 ae ee 73
   round:  24 fc 79 cc bf 09 79 e9 37 1a c2 3c 6d 68 de 36
   state:  e6 14 a9 41 56 1c f8 11 18 dc da 53 78 c6 30 45
Output:
  cypher:  e6 14 a9 41 56 1c f8 11 18 dc da 53 78 c6 30 45

三、总结

水了这么多，其实最重要的就是这个总结。

1、判断是否是AES或者说类AES算法的一个重要思路是：定位到加解密函数之后，观察它的入参是不是和上一轮运算的结果有关系。 如果本轮的结果会当成下一轮的入参传进来，那么大概率就是 AES 算法了。

2、S盒重要，如果明显发现S盒，那么大概率是用了AES。但是确实有大厂魔改过S盒，不过如果发现加密算法中有明显的字节代换(SubByte) 动作，起码也是类AES算法了。

IDA的插件findcrypt-yara可以试试

https://github.com/polymorf/findcrypt-yara

AES详细原理读读这篇文章吧, (比读我这篇强)

https://www.anquanke.com/post/id/85656

浅谈加密算法 aes 人与人之前的沟通不在于讲什么，而是对方接收到什么。

TIP: 本文的目的只有一个就是学习更多的逆向技巧和思路，如果有人利用本文技术去进行非法商业获取利益带来的法律责任都是操作者自己承担，和本文以及作者没关系，本文涉及到的代码项目可以去 奋飞的朋友们 知识星球自取，欢迎加入知识星球一起学习探讨技术。有问题可以加我wx: fenfei331 讨论下。

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