やっぱり通信の基本は暗号化であるため、その一つとして共通鍵暗号に使われているアルゴリズムを学んでいこうと思います。

私はc言語が好きなので、いやそれしかまともに使えないので、いやまともに使えているか怪しいけれど、c言語で挑戦してみます。

そもそもAESはc言語かjavaで実装されているみたいで、それを自分で作るとか車輪の再発明そのものなので無駄です。

よかったー暇で、どうせやることない無駄な時間なのでちょうどいいです。

AESとは

AESはブロック暗号で一定ビットずつ暗号化する。

暗号化は

１．文字を置き換える(SubBytes)

２．4バイトずつ左シフト(ShiftRows)

３．4バイトずつ行列変換(MixColumns)

４．XORとか(AddRoundKey)

の4種類を何回か繰り返すらしい。

やってみる

１．置換(SubBytes)

 置換の対応表(S-BOX)のコードが

C#でAES暗号化アルゴリズムを外部ライブラリに一切頼らず完全実装してみた

にあったのでコピペで。

1バイトずつ変換する。

0なら0x63に、0xa0なら0xe0になる。

2.左シフト(ShiftRows)

3．行列変換(MixColumns)

4.XORとか(AddRoundKey)

繰り返し

復習

全体

MixColumns

AddRoundKey

key_expansion

まとめ

コード

#include<stdio.h>

unsigned char input[] =
{
	0x32, 0x88, 0x31, 0xe0,
	0x43, 0x5a, 0x31, 0x37,
	0xf6, 0x30, 0x98, 0x07,
	0xa8, 0x8d, 0xa2, 0x34
};

unsigned char key[] = 
{
	0x2b, 0x28, 0xab, 0x09,
	0x7e, 0xae, 0xf7, 0xcf,
	0x15, 0xd2, 0x15, 0x4f,
	0x16, 0xa6, 0x88, 0x3C
};

unsigned char w[16*11];

unsigned char sbox[] = 
{
    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
};

unsigned char mixc[] =
{ 
        0x02, 0x03, 0x01, 0x01,
        0x01, 0x02, 0x03, 0x01,
        0x01, 0x01, 0x02, 0x03,
        0x03, 0x01, 0x01, 0x02
};

unsigned char RCON[] =
{
    0,0x1,0x2,0x4,0x8,0x10,0x20,0x40,0x80,0x1B,0x36
};

void SubBytes(unsigned char *a)
{
	for(int i=0;i<16;i++){
		a[i]=sbox[a[i]];
	}
}

void ShiftRows(unsigned char *a)
{
	unsigned char temp;
	temp=a[4];a[4]=a[5];a[5]=a[6];a[6]=a[7];a[7]=temp;
	temp=a[8];a[8]=a[10];a[10]=temp;temp=a[9];a[9]=a[11];a[11]=temp;
	temp=a[12];a[12]=a[15];a[15]=a[14];a[14]=a[13];a[13]=temp;
}

unsigned char gmul(unsigned char x,unsigned char y)
{
	unsigned char product=0;
	for(unsigned char i=1;i;i<<=1){
		if(y&i)product^=x;
		if(x&0b10000000)x=(x<<1)^0x1b;
		else x<<=1;
	}
	return product;
}

void MixColumns(unsigned char *a)
{
	unsigned char temp[4];
	for(int i=0;i<4;i++){
		temp[0]=gmul(mixc[0],a[0+i])^gmul(mixc[1],a[4+i])^gmul(mixc[2],a[8+i])^gmul(mixc[3],a[12+i]);
		temp[1]=gmul(mixc[4],a[0+i])^gmul(mixc[5],a[4+i])^gmul(mixc[6],a[8+i])^gmul(mixc[7],a[12+i]);
		temp[2]=gmul(mixc[8],a[0+i])^gmul(mixc[9],a[4+i])^gmul(mixc[10],a[8+i])^gmul(mixc[11],a[12+i]);
		temp[3]=gmul(mixc[12],a[0+i])^gmul(mixc[13],a[4+i])^gmul(mixc[14],a[8+i])^gmul(mixc[15],a[12+i]);
		
		a[0+i]=temp[0];
		a[4+i]=temp[1];
		a[8+i]=temp[2];
		a[12+i]=temp[3];
	}
}

void RotWord_4(unsigned char *a)
{
	//4列目だけ
	unsigned char temp;
	temp=a[0+3];
	a[0+3]=a[4+3];
	a[4+3]=a[8+3];
	a[8+3]=a[12+3];
	a[12+3]=temp;
}

void xorRCON_4(unsigned char *a,int n)
{
	//4列目だけ
	//かつw全体にxorだから一番下位のバイト分だけ
	a[0+3]^=RCON[n];
}

void xor1and4(unsigned char *a,unsigned char *b)
{
	//最初にtempの分を計算しちゃう
	a[0]=b[0]^b[0+3];
	a[4]=b[4]^b[4+3];
	a[8]=b[8]^b[8+3];
	a[12]=b[12]^b[12+3];
	for(int i=1;i<4;i++){
		a[0+i]=a[0+i-16]^a[0+i-1];
		a[4+i]=a[4+i-16]^a[4+i-1];
		a[8+i]=a[8+i-16]^a[8+i-1];
		a[12+i]=a[12+i-16]^a[12+i-1];
	}
}

void SubBytes_4(unsigned char *a)
{
	//4列目だけ
	a[0+3]=sbox[a[0+3]];
	a[4+3]=sbox[a[4+3]];
	a[8+3]=sbox[a[8+3]];
	a[12+3]=sbox[a[12+3]];
}

void print128(unsigned char *a)
{
	for(int i=0;i<16;i++){
		if(i%4==0&&i>0)puts("");
		printf("%02X ",a[i]);
	}
	puts("\n");
}

void key_expansion(unsigned char *key, unsigned char *w)
{
	for(int i=0;i<16;i++)w[i]=key[i];
	
	 for (int i=1;i<11;i++) {
	 	unsigned char temp[16];
	 	for(int j=0;j<16;j++)temp[j]=w[0+(i-1)*16+j];
	 	RotWord_4(temp);
	 	//puts("rot");
	 	//print128(temp);
		SubBytes_4(temp);
	 	//puts("sub");
	 	//print128(temp);
		xorRCON_4(temp,i);
	 	//puts("rcon");
	 	//print128(temp);
		xor1and4(&w[i*16],temp);
	}
}

void AddRoundKey(unsigned char *a,int n)
{
	if(n==0){
		key_expansion(key,w);
	}
	for(int i=0;i<16;i++){
		a[i]^=w[i+n*16];
	}
}

int main()
{
	puts("input");
	print128(input);
	puts("key");
	print128(key);
	puts("add_first");
	AddRoundKey(input,0);
	print128(input);
		
	for(int i=1;i<=9;i++){
		printf("ROUND%d\n",i);
		printf("round%d_key\n",i);
		print128(w+16*i);
		puts("sub");
		SubBytes(input);
		print128(input);
		puts("Shift");
		ShiftRows(input);
		print128(input);
		puts("mix");
		MixColumns(input);
		print128(input);
		puts("add");
		AddRoundKey(input,i);
		print128(input);
	}
	printf("ROUND10\n");
	printf("round%d_key\n",10);
	print128(w+16*10);
	puts("sub");
	SubBytes(input);
	print128(input);
	puts("Shift");
	ShiftRows(input);
	print128(input);
	puts("add");
	AddRoundKey(input,10);
	print128(input);
	return 0;
}

参考