概述

AES加密算法，即Rijndael算法，是一种对称分组密码，它可以使用长度为128、192和256位的密钥处理128位的数据块。本文将用Python实现密钥长度为128位的AES算法，若想要详细了解完整的AES算法，请移步官方文档。

首先，我们给出一个AES的总体描述。该算法的执行过程如下：

1. 给定一个明文x和密钥key，将State初始化为x，同时产生11个轮密钥，并进行AddRoundKey操作，即将RoundKey与State异或，然后进行10轮迭代。
2. 对前9轮中的每一轮，用S盒对State进行一次代换操作SubBytes；对State做一次行移位ShiftRows；再对State做一次列混合MixColumns；然后进行AddRoundKey操作。
3. 对State依次进行操作SubBytes，ShiftRows，AddRoundKey。
4. 将State定义为密文y。

在详细介绍加密流程之前，先给出整个加密过程中需要查的所有表。

1. RCon（用于轮密钥产生）

[0x01000000, 0x02000000, 0x04000000, 0x08000000, 0x10000000, 0x20000000, 0x40000000, 0x80000000, 0x1B000000, 0x36000000]

1. MIX_C（用于加密时的列混合）

[[0x2, 0x3, 0x1, 0x1], [0x1, 0x2, 0x3, 0x1], [0x1, 0x1, 0x2, 0x3], [0x3, 0x1, 0x1, 0x2]]

1. S_BOX（加密时的S盒）

[[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]]

加密流程

各功能部件(函数):

1. 轮密钥产生（round_key_generator）:

   新引入的函数：
   RotWord( _32bit_binary_block ) : 将一个32比特的数循环左移8位。
   SubWord( _32bit_binary_block ) : 对一个32比特的数做S盒替换。如0x13523011，S_BOX[1][3] = 0x7D，S_BOX[5][2] = 0x00，S_BOX[3][0] = 0x04，S_BOX[1][1] = 0x82，则函数返回0x7D000482

   密钥产生过程：
   ① 初始化密钥数组w。w[0] ← key前32位，w[1] ← key第33～64位，w[2] ← key第65～96位，w[3] ← key第97～128位，w[4:44] ← 0。
   ② 进行如下伪代码描述的迭代。
   ③ 将w数组以四个一组合并即可得到11个轮密钥
   

   代码实现：

def RotWord(self, _4byte_block):# 将4字节的数循环左移8位return ((_4byte_block & 0xffffff) << 8) + (_4byte_block >> 24)def SubWord(self, _4byte_block):# S盒替换，_4byte_block为一个4字节的数result = 0for position in range(4):i = _4byte_block >> position * 8 + 4 & 0xfj = _4byte_block >> position * 8 & 0xfresult ^= self.S_BOX[i][j] << position * 8return resultdef round_key_generator(self, _16bytes_key):# 产生11个轮密钥w = [_16bytes_key >> 96, _16bytes_key >> 64 & 0xFFFFFFFF, _16bytes_key >> 32 & 0xFFFFFFFF, _16bytes_key & 0xFFFFFFFF] + [0]*40for i in range(4, 44):temp = w[i-1]if not i % 4:temp = self.SubWord(self.RotWord(temp)) ^ self.RCon[i//4-1]w[i] = w[i-4] ^ tempreturn [self.num_2_16bytes(sum([w[4 * i] << 96, w[4*i+1] << 64, w[4*i+2] << 32, w[4*i+3]])) for i in range(11)]

1. 异或轮密钥（AddRoundKey）:
   将State与本轮对应轮密钥异或。

def AddRoundKey(self, State, RoundKeys, index):return self._16bytes_xor(State, RoundKeys[index])def _16bytes_xor(self, _16bytes_1, _16bytes_2):return [_16bytes_1[i] ^ _16bytes_2[i] for i in range(16)]

1. S盒替换（SubBytes）:
   与SubWord原理一致。

def SubBytes(self, State):# State是一个含16个8bit数的list，由原来的128bit数切割而成return [self.S_BOX[i][j] for i, j in [(_ >> 4, _ & 0xF) for _ in State]]

1. 行移位（ShiftRows）：
   将State的16个字节按图1方式排列，行移位的结果如图2。

   图1	图2

   代码实现：

def ShiftRows(self, S):return [S[ 0], S[ 5], S[10], S[15], S[ 4], S[ 9], S[14], S[ 3],S[ 8], S[13], S[ 2], S[ 7],S[12], S[ 1], S[ 6], S[11]]

1. 列混合（MixColumns）：
   将State的16个字节写成矩阵的形式，如图1所示。然后将MIX_C与State矩阵相乘。注意这里的乘法是定义在有限域F28=Z2[x]/(x8+x4+x3+x+1)F_{2^{8}} = Z_{2}[x]/(x^{8}+x^{4}+x^{3}+x+1)F28​=Z2​[x]/(x8+x4+x3+x+1)上的多项式乘法！

   代码实现：

def MixColumns(self, State):return self.Matrix_Mul(self.MIX_C, State)def mul(self, poly1, poly2):# 两个多项式相乘result = 0for index in range(poly2.bit_length()):if poly2 & 1 << index:result ^= poly1 << indexreturn resultdef mod(self, poly, mod = 0b100011011):  # 多项式poly模多项式100011011while poly.bit_length() > 8:poly ^= mod << poly.bit_length() - 9return polydef Matrix_Mul(self, M1, M2):  # M1 = MIX_C  M2 = StateM = [0] * 16for row in range(4):for col in range(4):for Round in range(4):M[row + col*4] ^= self.mul(M1[row][Round], M2[Round+col*4])M[row + col*4] = self.mod(M[row + col*4])return M

整体流程：

正如开头所说：

1. 给定一个明文x和密钥key，将State初始化为x，同时产生11个轮密钥，并进行AddRoundKey操作，即将RoundKey与State异或，然后进行10轮迭代。
2. 对前9轮中的每一轮，用S盒对State进行一次代换操作SubBytes；对State做一次行移位ShiftRows；再对State做一次列混合MixColumns；然后进行AddRoundKey操作。
3. 对State依次进行操作SubBytes，ShiftRows，AddRoundKey。
4. 将State定义为密文y。

解密流程

解密过程需要查的表：

1. I_MIXC（用于解密时的列混合）

[[0xe, 0xb, 0xd, 0x9], [0x9, 0xe, 0xb, 0xd], [0xd, 0x9, 0xe, 0xb], [0xb, 0xd, 0x9, 0xe]]

1. I_SBOX（解密时的S盒）

[[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]]

整体流程：

解密过程只是加密过程的逆操作

1. 给定一个密文y和密钥key，将State初始化为y，同时产生11个轮密钥，并进行AddRoundKey操作，注意这里的轮密钥应该反序。
2. 对前9轮中的每一轮，先对State做一次逆行移位ShiftRows；然后用逆S盒对State进行一次代换操作SubBytes；再进行AddRoundKey操作；然后做一次逆列混合MixColumns。
3. 对State依次进行ShiftRows、SubBytes、AddRoundKey操作。
4. State则为明文x。

完整代码实现

class AES:MIX_C  = [[0x2, 0x3, 0x1, 0x1], [0x1, 0x2, 0x3, 0x1], [0x1, 0x1, 0x2, 0x3], [0x3, 0x1, 0x1, 0x2]]I_MIXC = [[0xe, 0xb, 0xd, 0x9], [0x9, 0xe, 0xb, 0xd], [0xd, 0x9, 0xe, 0xb], [0xb, 0xd, 0x9, 0xe]]RCon   = [0x01000000, 0x02000000, 0x04000000, 0x08000000, 0x10000000, 0x20000000, 0x40000000, 0x80000000, 0x1B000000, 0x36000000]S_BOX = [[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]]I_SBOX = [[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]]def SubBytes(self, State):# 字节替换return [self.S_BOX[i][j] for i, j in [(_ >> 4, _ & 0xF) for _ in State]]def SubBytes_Inv(self, State):# 字节逆替换return [self.I_SBOX[i][j] for i, j in[(_ >> 4, _ & 0xF) for _ in State]]def ShiftRows(self, S):# 行移位return [S[ 0], S[ 5], S[10], S[15], S[ 4], S[ 9], S[14], S[ 3],S[ 8], S[13], S[ 2], S[ 7],S[12], S[ 1], S[ 6], S[11]]def ShiftRows_Inv(self, S):# 逆行移位return [S[ 0], S[13], S[10], S[ 7],S[ 4], S[ 1], S[14], S[11],S[ 8], S[ 5], S[ 2], S[15],S[12], S[ 9], S[ 6], S[ 3]]def MixColumns(self, State):# 列混合return self.Matrix_Mul(self.MIX_C, State)def MixColumns_Inv(self, State):# 逆列混合return self.Matrix_Mul(self.I_MIXC, State)def RotWord(self, _4byte_block):# 用于生成轮密钥的字移位return ((_4byte_block & 0xffffff) << 8) + (_4byte_block >> 24)def SubWord(self, _4byte_block):# 用于生成密钥的字节替换result = 0for position in range(4):i = _4byte_block >> position * 8 + 4 & 0xfj = _4byte_block >> position * 8 & 0xfresult ^= self.S_BOX[i][j] << position * 8return resultdef mod(self, poly, mod = 0b100011011):  # poly模多项式modwhile poly.bit_length() > 8:poly ^= mod << poly.bit_length() - 9return polydef mul(self, poly1, poly2):# 多项式相乘result = 0for index in range(poly2.bit_length()):if poly2 & 1 << index:result ^= poly1 << indexreturn resultdef Matrix_Mul(self, M1, M2):  # M1 = MIX_C  M2 = State# 用于列混合的矩阵相乘M = [0] * 16for row in range(4):for col in range(4):for Round in range(4):M[row + col*4] ^= self.mul(M1[row][Round], M2[Round+col*4])M[row + col*4] = self.mod(M[row + col*4])return Mdef round_key_generator(self, _16bytes_key):# 轮密钥产生w = [_16bytes_key >> 96, _16bytes_key >> 64 & 0xFFFFFFFF, _16bytes_key >> 32 & 0xFFFFFFFF, _16bytes_key & 0xFFFFFFFF] + [0]*40for i in range(4, 44):temp = w[i-1]if not i % 4:temp = self.SubWord(self.RotWord(temp)) ^ self.RCon[i//4-1]w[i] = w[i-4] ^ tempreturn [self.num_2_16bytes(sum([w[4 * i] << 96, w[4*i+1] << 64, w[4*i+2] << 32, w[4*i+3]])) for i in range(11)]def AddRoundKey(self, State, RoundKeys, index):# 异或轮密钥return self._16bytes_xor(State, RoundKeys[index])def _16bytes_xor(self, _16bytes_1, _16bytes_2):return [_16bytes_1[i] ^ _16bytes_2[i] for i in range(16)]def _16bytes2num(cls, _16bytes):# 16字节转数字return int.from_bytes(_16bytes, byteorder = 'big')def num_2_16bytes(cls, num):# 数字转16字节return num.to_bytes(16, byteorder = 'big')def aes_encrypt(self, plaintext_list, RoundKeys):State = plaintext_listState = self.AddRoundKey(State, RoundKeys, 0)for Round in range(1, 10):State = self.SubBytes(State)State = self.ShiftRows(State)State = self.MixColumns(State)State = self.AddRoundKey(State, RoundKeys, Round)State = self.SubBytes(State)State = self.ShiftRows(State)State = self.AddRoundKey(State, RoundKeys, 10)return Statedef aes_decrypt(self, ciphertext_list, RoundKeys):State = ciphertext_listState = self.AddRoundKey(State, RoundKeys, 10)for Round in range(1, 10):State = self.ShiftRows_Inv(State)State = self.SubBytes_Inv(State)State = self.AddRoundKey(State, RoundKeys, 10-Round)State = self.MixColumns_Inv(State)State = self.ShiftRows_Inv(State)State = self.SubBytes_Inv(State)State = self.AddRoundKey(State, RoundKeys, 0)return Stateif __name__ == '__main__':aes = AES()key = 0x000102030405060708090a0b0c0d0e0fRoundKeys = aes.round_key_generator(key)# 加密plaintext = 0x00112233445566778899aabbccddeeff# 0x00112233445566778899aabbccddeeff -> b'\x00\x11"3DUfw\x88\x99\xaa\xbb\xcc\xdd\xee\xff'plaintext = aes.num_2_16bytes(plaintext)ciphertext = aes.aes_encrypt(plaintext, RoundKeys)print('ciphertext = ' + hex(aes._16bytes2num(ciphertext)))# 解密ciphertext = 0x69c4e0d86a7b0430d8cdb78070b4c55aciphertext = aes.num_2_16bytes(ciphertext)plaintext = aes.aes_decrypt(ciphertext, RoundKeys)print('plaintext = ' + hex(aes._16bytes2num(plaintext)))

运行结果

ciphertext = 0x69c4e0d86a7b0430d8cdb78070b4c55a
plaintext = 0x112233445566778899aabbccddeeff

下面是从官方文档上截取的完整加密过程

其中，k_sch指每一轮的轮密钥，s_box指字节替换后的结果，s_row指行移位后的结果，m_col指列混合后的结果。

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