AES128/AES192/AES256加密算法（C语言）

//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=32int Nr;  //用户不需要填充，加密的轮数 AES128:Nr=10、AES192:Nr=12、AES256:Nr=14int type;//用户需填充，关联AESType_tint mode;//用户需填充，关联AESMode_tconst 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16dataLen = 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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