用AVR匯編語言實現(xiàn)AES及其優(yōu)化

圖1 AES的加密和解密流程

2 AES加密、解密算法的優(yōu)化

由以上算法的流程中可以清楚地看到,整個算法中程序耗時最多的就是圈變化部分,因此對于算法的優(yōu)化也就在此;而圈變化部分可以優(yōu)化的也就是列變化。因為列變化是一個模乘同余規(guī)則。由于AES加密和解密是不對稱的,如果不對其進(jìn)行優(yōu)化,會使算法的解密速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于加密的速度[1]。

① 加密運算。對列變換（Mixcolumn）可以通過調(diào)用xtime子程序進(jìn)行優(yōu)化。具體算法[1]實現(xiàn)如下:

另一種有效的優(yōu)化方法就是離線構(gòu)造一個表格,即列變化表格。這樣只要通過查表的方式就可以提高加密速度。

② 解密算法的優(yōu)化。由于解密的列變換的系數(shù)分別是09、0E、0B和0D。在AVR單片機上實現(xiàn)以上的乘法顯然是需要很多的時間,從而導(dǎo)致了解密的性能降低。

優(yōu)化方法一：對列變化進(jìn)行分解使倍乘次數(shù)降低。

仔細(xì)研究解密矩陣的系數(shù),不難發(fā)現(xiàn)解密矩陣和加密矩陣有著一定的聯(lián)系,即解密矩陣等于加密矩陣和一個矩陣的相乘。通過這樣的聯(lián)系,就可以對算法進(jìn)行優(yōu)化：

這樣一來,只用幾個簡單的“異或”就可以實現(xiàn)列變化,使倍乘的次數(shù)降低,提高解密的速度。

優(yōu)化方法二：構(gòu)造表格。

同加密構(gòu)造方法一樣,可以構(gòu)造四個表格T[ea]=e×a; T[9a]=9×a;T[9a]=9×a;T[ba]=b×a。這樣一來,也只需要進(jìn)行查表和簡單的異或就可以完成解密的任務(wù)。雖然這種方法將增加額外的開銷,但是它卻是一種有效的方法。