有些单片机没有AES硬件外设,但是要实现AES加密和解密,就需要通过软件来实现了。附件是AES的C语言实现。加密和解密封装成下面两个函数。
1、加密函数
   void inv_cipher(uint8 *in, uint8 *out, uint8 *key)
*in是用户加密前的数据;*out是用户加密后的数据;*key是128位的密钥
2、解密函数
void cipher(uint8 *in, uint8 *out, uint8 *key)

*in是用户解密前的数据;*out是用户解密后的数据;*key是128位的密钥

C语言源程序如下:
#include <stdio.h>
  • #include <stdlib.h>
  • #include "soft_AES.h"
  • //Addition in GF(2^8)
  • uint8 gadd(uint8 a, uint8 b) {
  •         return a^b;
  • }
  • //Subtraction in GF(2^8)
  • uint8 gsub(uint8 a, uint8 b) {
  •         return a^b;
  • }
  • //Multiplication in GF(2^8)
  • //正向列混淆
  • uint8 gmult(uint8 a, uint8 b) {
  •         uint8 p = 0, i = 0, hbs = 0;
  •         for (i = 0; i < 8; i++) {
  •                 if (b & 1) {
  •                         p ^= a;
  •                 }
  •                 hbs = a & 0x80;
  •                 a <<= 1;
  •                 if (hbs) a ^= 0x1b; // 0000 0001 0001 1011        
  •                 b >>= 1;
  •         }
  •         return (uint8)p;
  • }
  • //Addition of 4 byte words
  • //添加一个字
  • void coef_add(uint8 a[], uint8 b[], uint8 d[]) {
  •         d[0] = a[0]^b[0];
  •         d[1] = a[1]^b[1];
  •         d[2] = a[2]^b[2];
  •         d[3] = a[3]^b[3];
  • }
  • //Multiplication of 4 byte words
  • void coef_mult(uint8 *a, uint8 *b, uint8 *d) {
  •         d[0] = gmult(a[0],b[0])^gmult(a[3],b[1])^gmult(a[2],b[2])^gmult(a[1],b[3]);
  •         d[1] = gmult(a[1],b[0])^gmult(a[0],b[1])^gmult(a[3],b[2])^gmult(a[2],b[3]);
  •         d[2] = gmult(a[2],b[0])^gmult(a[1],b[1])^gmult(a[0],b[2])^gmult(a[3],b[3]);
  •         d[3] = gmult(a[3],b[0])^gmult(a[2],b[1])^gmult(a[1],b[2])^gmult(a[0],b[3]);
  • }
  •         
  • uint8 K;//The cipher Key.
  • #define Nb  4//Number of columns (32-bit words) comprising the State. For this standard, Nb = 4.
  • uint8 Nk;// * Number of 32-bit words comprising the Cipher Key. For this standard, Nk = 4, 6, or 8
  • uint8 Nr;// Number of rounds, which is a function of  Nk  and  Nb (which is fixed). For this standard, Nr = 10, 12, or 14
  • //S-box transformation table
  • static uint8 s_box[256] = {
  •         // 0     1     2     3     4     5     6     7     8     9     a     b     c     d     e     f
  •         0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76, // 0
  •         0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0, // 1
  •         0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15, // 2
  •         0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75, // 3
  •         0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84, // 4
  •         0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf, // 5
  •         0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8, // 6
  •         0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2, // 7
  •         0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73, // 8
  •         0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb, // 9
  •         0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79, // a
  •         0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08, // b
  •         0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a, // c
  •         0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e, // d
  •         0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf, // e
  •         0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16};// f
  • //Inverse S-box transformation table
  • static uint8 inv_s_box[256] = {
  •         // 0     1     2     3     4     5     6     7     8     9     a     b     c     d     e     f
  •         0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb, // 0
  •         0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb, // 1
  •         0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e, // 2
  •         0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25, // 3
  •         0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92, // 4
  •         0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84, // 5
  •         0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06, // 6
  •         0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b, // 7
  •         0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73, // 8
  •         0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e, // 9
  •         0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b, // a
  •         0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4, // b
  •         0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f, // c
  •         0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef, // d
  •         0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61, // e
  •         0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d};// f
  • //Generates the round constant Rcon[i]
  • uint8 R[] = {0x02, 0x00, 0x00, 0x00};
  • uint8 * Rcon(uint8 i) {
  •         
  •         if (i == 1) {
  •                 R[0] = 0x01; // x^(1-1) = x^0 = 1
  •         } else if (i > 1) {
  •                 R[0] = 0x02;
  •                 i--;
  •                 while (i-1 > 0) {
  •                         R[0] = gmult(R[0], 0x02);
  •                         i--;
  •                 }
  •         }
  •         
  •         return R;
  • }
  • /*
  • * Transformation in the Cipher and Inverse Cipher in which a Round
  • * Key is added to the State using an XOR operation. The length of a
  • * Round Key equals the size of the State (i.e., for Nb = 4, the Round
  • * Key length equals 128 bits/16 bytes).
  • */
  • //轮密钥加,128位的State按位与 128位的密钥异或
  • void add_round_key(uint8 *state, uint8 *w, uint8 r) {
  •         
  •         uint8 c;
  •         
  •         for (c = 0; c < Nb; c++) {
  •                 state[Nb*0+c] = state[Nb*0+c]^w[4*Nb*r+4*c+0];   //debug, so it works for Nb !=4
  •                 state[Nb*1+c] = state[Nb*1+c]^w[4*Nb*r+4*c+1];
  •                 state[Nb*2+c] = state[Nb*2+c]^w[4*Nb*r+4*c+2];
  •                 state[Nb*3+c] = state[Nb*3+c]^w[4*Nb*r+4*c+3];        
  •         }
  • }
  • /*
  • * Transformation in the Cipher that takes all of the columns of the
  • * State and mixes their data (independently of one another) to
  • * produce new columns.
  • */
  • //列混合
  • void mix_columns(uint8 *state) {
  •         uint8 a[] = {0x02, 0x01, 0x01, 0x03}; // a(x) = {02} + {01}x + {01}x2 + {03}x3
  •         uint8 i, j, col[4], res[4];
  •         for (j = 0; j < Nb; j++) {
  •                 for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                         col[i] = state[Nb*i+j];
  •                 }
  •                 coef_mult(a, col, res);
  •                 for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                         state[Nb*i+j] = res[i];
  •                 }
  •         }
  • }
  • /*
  • * Transformation in the Inverse Cipher that is the inverse of
  • * MixColumns().
  • */
  • //逆列混合
  • void inv_mix_columns(uint8 *state) {
  •         uint8 a[] = {0x0e, 0x09, 0x0d, 0x0b}; // a(x) = {0e} + {09}x + {0d}x2 + {0b}x3
  •         uint8 i, j, col[4], res[4];
  •         for (j = 0; j < Nb; j++) {
  •                 for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                         col[i] = state[Nb*i+j];
  •                 }
  •                 coef_mult(a, col, res);
  •                 for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                         state[Nb*i+j] = res[i];
  •                 }
  •         }
  • }
  • /*
  • * Transformation in the Cipher that processes the State by cyclically
  • * shifting the last three rows of the State by different offsets.
  • */
  • //行移位
  • void shift_rows(uint8 *state) {
  •         uint8 i, k, s, tmp;
  •         for (i = 1; i < 4; i++) {
  •                 // shift(1,4)=1; shift(2,4)=2; shift(3,4)=3
  •                 // shift(r, 4) = r;
  •                 s = 0;
  •                 while (s < i) {
  •                         tmp = state[Nb*i+0];
  •                         
  •                         for (k = 1; k < Nb; k++) {
  •                                 state[Nb*i+k-1] = state[Nb*i+k];
  •                         }
  •                         state[Nb*i+Nb-1] = tmp;
  •                         s++;
  •                 }
  •         }
  • }
  • /*
  • * Transformation in the Inverse Cipher that is the inverse of
  • * ShiftRows().
  • */
  • //逆行移位
  • void inv_shift_rows(uint8 *state) {
  •         uint8 i, k, s, tmp;
  •         for (i = 1; i < 4; i++) {
  •                 s = 0;
  •                 while (s < i) {
  •                         tmp = state[Nb*i+Nb-1];
  •                         
  •                         for (k = Nb-1; k > 0; k--) {
  •                                 state[Nb*i+k] = state[Nb*i+k-1];
  •                         }
  •                         state[Nb*i+0] = tmp;
  •                         s++;
  •                 }
  •         }
  • }
  • /*
  • * Transformation in the Cipher that processes the State using a non-
  • * linear byte substitution table (S-box) that operates on each of the
  • * State bytes independently.
  • */
  • //字节代替
  • void sub_bytes(uint8 *state) {
  •         uint8 i, j;
  •         uint8 row, col;
  •         for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                 for (j = 0; j < Nb; j++) {
  •                         row = (state[Nb*i+j] & 0xf0) >> 4;
  •                         col = state[Nb*i+j] & 0x0f;
  •                         state[Nb*i+j] = s_box[16*row+col];
  •                 }
  •         }
  • }
  • /*
  • * Transformation in the Inverse Cipher that is the inverse of
  • * SubBytes().
  • */
  • //逆字节代替
  • void inv_sub_bytes(uint8 *state) {
  •         uint8 i, j;
  •         uint8 row, col;
  •         for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                 for (j = 0; j < Nb; j++) {
  •                         row = (state[Nb*i+j] & 0xf0) >> 4;
  •                         col = state[Nb*i+j] & 0x0f;
  •                         state[Nb*i+j] = inv_s_box[16*row+col];
  •                 }
  •         }
  • }
  • /*
  • * Function used in the Key Expansion routine that takes a four-byte
  • * input word and applies an S-box to each of the four bytes to
  • * produce an output word.
  • */
  • //S盒变换
  • void sub_word(uint8 *w) {
  •         uint8 i;
  •         for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                 w[i] = s_box[16*((w[i] & 0xf0) >> 4) + (w[i] & 0x0f)];
  •         }
  • }
  • /*
  • * Function used in the Key Expansion routine that takes a four-byte
  • * word and performs a cyclic permutation.
  • */
  • //左移
  • void rot_word(uint8 *w) {
  •         uint8 tmp;
  •         uint8 i;
  •         tmp = w[0];
  •         for (i = 0; i < 3; i++) {
  •                 w[i] = w[i+1];
  •         }
  •         w[3] = tmp;
  • }
  • /*
  • * Key Expansion
  • */
  • //扩展密钥
  • void key_expansion(uint8 *key, uint8 *w) {
  •         uint8 tmp[4];
  •         uint8 i;
  •         uint8 len = Nb*(Nr+1);
  •         for (i = 0; i < Nk; i++) {
  •                 w[4*i+0] = key[4*i+0];
  •                 w[4*i+1] = key[4*i+1];
  •                 w[4*i+2] = key[4*i+2];
  •                 w[4*i+3] = key[4*i+3];
  •         }
  •         for (i = Nk; i < len; i++) {
  •                 tmp[0] = w[4*(i-1)+0];
  •                 tmp[1] = w[4*(i-1)+1];
  •                 tmp[2] = w[4*(i-1)+2];
  •                 tmp[3] = w[4*(i-1)+3];
  •                 if (i%Nk == 0) {
  •                         rot_word(tmp);
  •                         sub_word(tmp);
  •                         coef_add(tmp, Rcon(i/Nk), tmp);
  •                 } else if (Nk > 6 && i%Nk == 4) {
  •                         sub_word(tmp);
  •                 }
  •                 w[4*i+0] = w[4*(i-Nk)+0]^tmp[0];
  •                 w[4*i+1] = w[4*(i-Nk)+1]^tmp[1];
  •                 w[4*i+2] = w[4*(i-Nk)+2]^tmp[2];
  •                 w[4*i+3] = w[4*(i-Nk)+3]^tmp[3];
  •         }
  • }
  • //加密函数
  • void cipher(uint8 *in, uint8 *out, uint8 *key) {
  •         uint8 state[4*Nb];
  •         uint8 r, i, j;
  •         uint8 *w;
  •         
  •         Nk = 4;
  •         Nr = 10;//轮数为10
  •          
  •         w = malloc(Nb*(Nr+1)*4);//申请扩展密钥长度为176
  •         key_expansion(key, w);//扩展密钥
  •         for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                 for (j = 0; j < Nb; j++) {
  •                         state[Nb*i+j] = in[i+4*j];
  •                 }
  •         }
  •         add_round_key(state, w, 0);//轮密钥加
  •         for (r = 1; r < Nr; r++) {
  •                 sub_bytes(state);//字节代替
  •                 shift_rows(state);//行移位
  •                 mix_columns(state);//列混合
  •                 add_round_key(state, w, r);//轮密钥加
  •         }
  •   //最后一轮只执行3个阶段
  •         sub_bytes(state);
  •         shift_rows(state);
  •         add_round_key(state, w, Nr);
  •         for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                 for (j = 0; j < Nb; j++) {
  •                         out[i+4*j] = state[Nb*i+j];
  •                 }
  •         }
  • }
  • //解密函数
  • void inv_cipher(uint8 *in, uint8 *out, uint8 *key) {
  •         uint8 state[4*Nb];
  •         uint8 r, i, j;
  •         uint8 *w;
  •         
  •         Nk = 4;
  •         Nr = 10;//轮数为10
  •         
  •         w = malloc(Nb*(Nr+1)*4);//申请扩展密钥长度为176
  •         key_expansion(key, w);//扩展密钥
  •         for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                 for (j = 0; j < Nb; j++) {
  •                         state[Nb*i+j] = in[i+4*j];
  •                 }
  •         }
  •         add_round_key(state, w, Nr);//轮密钥加
  •         for (r = Nr-1; r >= 1; r--) {
  •                 inv_shift_rows(state);//逆行移位
  •                 inv_sub_bytes(state);//逆字节代替
  •                 add_round_key(state, w, r);//轮密钥加
  •                 inv_mix_columns(state);//逆列混合
  •         }
  •         inv_shift_rows(state);//逆行移位
  •         inv_sub_bytes(state);//逆字节代替
  •         add_round_key(state, w, 0);//轮密钥加
  •         for (i = 0; i < 4; i++) {
  •                 for (j = 0; j < Nb; j++) {
  •                         out[i+4*j] = state[Nb*i+j];
  •                 }
  •         }
  • }
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