AES
加密原理
AES 是一种分组对称加密算法，标准分组长度为 128 位（16 字节），密钥长度可以是 128、192 或 256 位。
核心流程
AES 的加密过程由多个“轮”（Round）组成。对于 AES-128，总共有 10 轮。除了初始轮和最后一轮略有不同，每一轮都包含以下四个步骤：
1.1 字节代换 (SubBytes)
这是 AES 唯一的非线性变换。每个字节通过一个固定的查表操作（S-Box）进行替换。 特征：如果你在程序里看到一个 256 字节的随机数组（通常以 0x63, 0x7c, 0x77... 开头），那大概率就是 AES 的 S 盒。
1.2 行移位 (ShiftRows)
将矩阵的每一行进行循环左移。第一行不变，第二行移 1 位，第三行移 2 位，第四行移 3 位。 目的： 打乱字节在列间的排列。
1.3 列混淆 (MixColumns)
利用有限域 GF(28) 上的矩阵乘法，对每一列进行线性变换。 注意：最后一轮（Round 10）没有这一步。
1.4 轮密钥加 (AddRoundKey)
将当前的中间状态与该轮的“轮密钥”进行异或 (XOR) 操作。这是加密逻辑真正依赖密钥的地方。
2. 关键：密钥扩展 (Key Expansion)
AES 不直接把你的原始密钥用到每一轮。它会通过一个算法，将原始密钥“拉长”成多个轮密钥（Round Keys）。
AES 一次只能加密 16 字节。如果明文很长，就需要按照某种规则重复调用 AES 核心函数。
ECB (Electronic Codebook) - 电子密码本模式
这是最简单的模式。直接把明文切成 16 字节的一块块，每一块独立加密。
逆向特征：代码里没有初始向量（IV），循环调用加密函数，且输入输出直接对应。
缺点：同样的明文块加密后密文完全相同。在 CTF 中，如果你看到密文有规律的重复，基本就是 ECB。
CBC (Cipher Block Chaining) - 密码分组链接模式
这是 CTF 中最常见的模式。每一块明文在加密前，先与前一块的密文进行 异或 (XOR)。
IV (Initialization Vector)：第一块明文需要与一个随机的“初始向量”异或。
逆向特征：代码中会出现一个 16 字节的 IV，且在 Encrypt 函数执行前后有明显的异或操作。
其他模式 (CTR, GCM, CFB)
CTR (Counter)：把 AES 当成流加密。加密的是一个计数器，然后把结果与明文异或。逆向点： 这种模式下加密和解密逻辑完全一样（都是异或）。
GCM：带有认证能力的模式。除了密文，还会产出一个 Tag 用于校验数据是否被篡改。
2. 填充方式 (Padding)
由于 AES 要求输入必须是 16 字节的整数倍，如果你的明文（比如 "Hello"）不到 16 字节，就必须凑数。这就叫填充。
PKCS#7 (最标准、最常见)
原理：缺几个字节，就填几个“几”。
缺 1 字节：末尾填 01
缺 3 字节：末尾填 03 03 03
特例：如果明文刚好是 16 字节的倍数，必须再增加一个完整的 16 字节填充（全部填 10），否则解密时无法区分是原始数据还是填充。
Zero Padding
原理：末尾全部补 00。
逆向点：如果解密后的明文末尾有很多 \x00，通常就是这种。
ANSI X.923
原理：末尾补 00，但最后一个字节记录填充的总长度。
代码实现
S盒、密钥扩展、核心加密逻辑、ECB/CBC 模式选择以及 PKCS#7 填充
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
// --- [1. 识别的关键点] ---
const uint8_t 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
};
const uint8_t Rcon[11] = {0x00, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36};
// --- [2. 核心数学运算] ---
#define xtime(x) ((x << 1) ^ (((x >> 7) & 1) * 0x1b))
void KeyExpansion(uint8_t *key, uint8_t *w) {
uint8_t temp[4];
memcpy(w, key, 16);
for (int i = 16; i < 176; i += 4) {
memcpy(temp, w + i - 4, 4);
if (i % 16 == 0) {
uint8_t t = temp[0];
temp[0] = sbox[temp[1]] ^ Rcon[i/16];
temp[1] = sbox[temp[2]];
temp[2] = sbox[temp[3]];
temp[3] = sbox[t];
}
for (int j = 0; j < 4; j++) w[i + j] = w[i - 16 + j] ^ temp[j];
}
}
// --- [3. AES 单块加密核心] ---
void aes_encrypt_block(uint8_t state[16], uint8_t *w) {
// AddRoundKey (Round 0)
for (int i = 0; i < 16; i++) state[i] ^= w[i];
for (int round = 1; round <= 10; round++) {
// 1. SubBytes
for (int i = 0; i < 16; i++) state[i] = sbox[state[i]];
// 2. ShiftRows
uint8_t t[16];
t[0]=state[0]; t[4]=state[4]; t[8]=state[8]; t[12]=state[12];
t[1]=state[5]; t[5]=state[9]; t[9]=state[13]; t[13]=state[1];
t[2]=state[10];t[6]=state[14];t[10]=state[2]; t[14]=state[6];
t[3]=state[15];t[7]=state[3]; t[11]=state[7]; t[15]=state[11];
memcpy(state, t, 16);
// 3. MixColumns (Round 1-9 only)
if (round < 10) {
for (int i = 0; i < 4; i++) {
uint8_t a = state[i*4], b = state[i*4+1], c = state[i*4+2], d = state[i*4+3];
state[i*4] = xtime(a^b) ^ b ^ c ^ d;
state[i*4+1] = xtime(b^c) ^ c ^ d ^ a;
state[i*4+2] = xtime(c^d) ^ d ^ a ^ b;
state[i*4+3] = xtime(d^a) ^ a ^ b ^ c;
}
}
// 4. AddRoundKey
for (int i = 0; i < 16; i++) state[i] ^= w[round * 16 + i];
}
}
// --- [4. 工作模式与填充] ---
// PKCS#7 填充
int pkcs7_pad(uint8_t *data, int len) {
uint8_t pad = 16 - (len % 16);
for (int i = 0; i < pad; i++) data[len + i] = pad;
return len + pad;
}
// ECB 模式加密
void aes_ecb_encrypt(uint8_t *input, int len, uint8_t *key, uint8_t *output) {
uint8_t w[176];
KeyExpansion(key, w);
for (int i = 0; i < len; i += 16) {
memcpy(output + i, input + i, 16);
aes_encrypt_block(output + i, w);
}
}
// CBC 模式加密
void aes_cbc_encrypt(uint8_t *input, int len, uint8_t *key, uint8_t *iv, uint8_t *output) {
uint8_t w[176], temp_iv[16];
KeyExpansion(key, w);
memcpy(temp_iv, iv, 16);
for (int i = 0; i < len; i += 16) {
for (int j = 0; j < 16; j++) output[i + j] = input[i + j] ^ temp_iv[j];
aes_encrypt_block(output + i, w);
memcpy(temp_iv, output + i, 16);
}
}
// --- [5. 主函数测试] ---
int main() {
uint8_t key[16] = "CTF_RE_STUDENT!!"; // 16字节Key
uint8_t iv[16] = "1234567887654321"; // 16字节IV
char plain[] = "Hello AES Mode!"; // 明文
uint8_t buffer[64];
memset(buffer, 0, 64);
memcpy(buffer, plain, strlen(plain));
// 1. 填充
int padded_len = pkcs7_pad(buffer, strlen(plain));
uint8_t encrypted[64];
// 2. CBC 加密
printf("Encrypted (CBC): ");
aes_cbc_encrypt(buffer, padded_len, key, iv, encrypted);
for (int i = 0; i < padded_len; i++) printf("%02X", encrypted[i]);
printf("\n");
// 3. ECB 加密 (无IV)
printf("Encrypted (ECB): ");
aes_ecb_encrypt(buffer, padded_len, key, encrypted);
for (int i = 0; i < padded_len; i++) printf("%02X", encrypted[i]);
printf("\n");
return 0;
}
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