Autor: Aarón Socas Gaspar

CIFRADO DE AES (Rijndael)

##Objetivo

Implementar el algoritmo Rijndael

##Desarrollo

1. Implementa el cifrado en bloque para bloques y claves de 128 bits (que se representan como matrices de estado de 4x4 bytes):
   • Expansión de la clave obteniendo 10 subclaves a partir de la clave original usando la constante de iteración

   • Etapa inicial: AddRoundKey entre el bloque de entrada y la clave original

   • 9 Iteraciones de:

     1. SubBytes — usando la S-Caja

     2. ShiftRow

     3. MixColumn — multiplicando una matriz por los cuatro bytes de cada columna, operando con bytes.

     4. AddRoundKey — con la subclave correspondiente a la iteración

   • Etapa final:

     1. SubBytes

     2. ShiftRows

     3. AddRoundKey — con la última subclave

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S-Caja

       | 0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b c  d  e  f
     --|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|
    00 |63 7c 77 7b f2 6b 6f c5 30 01 67 2b fe d7 ab 76
    10 |ca 82 c9 7d fa 59 47 f0 ad d4 a2 af 9c a4 72 c0
    20 |b7 fd 93 26 36 3f f7 cc 34 a5 e5 f1 71 d8 31 15
    30 |04 c7 23 c3 18 96 05 9a 07 12 80 e2 eb 27 b2 75
    40 |09 83 2c 1a 1b 6e 5a a0 52 3b d6 b3 29 e3 2f 84
    50 |53 d1 00 ed 20 fc b1 5b 6a cb be 39 4a 4c 58 cf
    60 |d0 ef aa fb 43 4d 33 85 45 f9 02 7f 50 3c 9f a8
    70 |51 a3 40 8f 92 9d 38 f5 bc b6 da 21 10 ff f3 d2
    80 |cd 0c 13 ec 5f 97 44 17 c4 a7 7e 3d 64 5d 19 73
    90 |60 81 4f dc 22 2a 90 88 46 ee b8 14 de 5e 0b db
    a0 |e0 32 3a 0a 49 06 24 5c c2 d3 ac 62 91 95 e4 79
    b0 |e7 c8 37 6d 8d d5 4e a9 6c 56 f4 ea 65 7a ae 08
    c0 |ba 78 25 2e 1c a6 b4 c6 e8 dd 74 1f 4b bd 8b 8a
    d0 |70 3e b5 66 48 03 f6 0e 61 35 57 b9 86 c1 1d 9e
    e0 |e1 f8 98 11 69 d9 8e 94 9b 1e 87 e9 ce 55 28 df
    f0 |8c a1 89 0d bf e6 42 68 41 99 2d 0f b0 54 bb 16

Matriz para multiplicación en MixColumn

    2 3 1 1
    1 2 3 1
    1 1 2 3
    3 1 1 2

Ejemplo implementación de Mixcolumn:

    void gmix_column(unsigned char *r) {
	unsigned char a[4];
	unsigned char b[4];
	unsigned char c;
	unsigned char h;
	/* The array 'a' is simply a copy of the input array 'r'
	* The array 'b' is each element of the array 'a' multiplied by 2
	* in Rijndael's Galois field
	* a[n] ^ b[n] is element n multiplied by 3 in Rijndael's Galois field */
	for(c=0;c<4;c++) {
	    a[c] = r[c];
	    h = r[c] & 0x80; /* hi bit */
	    b[c] = r[c] << 1;
	    if(h == 0x80)
		b[c] ^= 0x1b; /* Rijndael's Galois field */
	}
	r[0] = b[0] ^ a[3] ^ a[2] ^ b[1] ^ a[1]; /* 2 * a0 + a3 + a2 + 3 * a1 */
	r[1] = b[1] ^ a[0] ^ a[3] ^ b[2] ^ a[2]; /* 2 * a1 + a0 + a3 + 3 * a2 */
	r[2] = b[2] ^ a[1] ^ a[0] ^ b[3] ^ a[3]; /* 2 * a2 + a1 + a0 + 3 * a3 */
	r[3] = b[3] ^ a[2] ^ a[1] ^ b[0] ^ a[0]; /* 2 * a3 + a2 + a1 + 3 * a0 */
    }

Constantes de iteración para Expansión de claves: 32 bits correspondientes a: x^(iteración-1) , seguido de 24 bits nulos.

2. El programa debe solicitar:

   • Clave (16 bytes en hexadecimal)
   • Bloque de Texto Original (16 bytes en hexadecimal)

   Debe devolver:

   • Las 10 subclaves
   • El Estado resultado de cada iteración
   • Bloque de Texto Cifrado (16 bytes en hexadecimal)

##Ejecución

Antes de nada debemos compilar: g++ main.cpp aes.cpp -o aes (o salida que deseen)

Para ejecutar en Linux:

    ./aes (o nombre de salida escogido)
    
    Introduzca ./aes nombre_fichero
    Se adjuntan dos ficheros para pruebas: input1 y input2

##Ejemplo

Clave: 000102030405060708090a0b0c0d0e0f

Bloque de Texto Original: 00112233445566778899aabbccddeeff

    R0 (Subclave = 000102030405060708090a0b0c0d0e0f) = 00102030405060708090a0b0c0d0e0f0
    R1 (Subclave = d6aa74fdd2af72fadaa678f1d6ab76fe) = 89d810e8855ace682d1843d8cb128fe4
    R2 (Subclave = b692cf0b643dbdf1be9bc5006830b3fe) = 4915598f55e5d7a0daca94fa1f0a63f7
    R3 (Subclave = b6ff744ed2c2c9bf6c590cbf0469bf41) = fa636a2825b339c940668a3157244d17
    R4 (Subclave = 47f7f7bc95353e03f96c32bcfd058dfd) = 247240236966b3fa6ed2753288425b6c
    R5 (Subclave = 3caaa3e8a99f9deb50f3af57adf622aa) = c81677bc9b7ac93b25027992b0261996
    R6 (Subclave = 5e390f7df7a69296a7553dc10aa31f6b) = c62fe109f75eedc3cc79395d84f9cf5d
    R7 (Subclave = 14f9701ae35fe28c440adf4d4ea9c026) = d1876c0f79c4300ab45594add66ff41f
    R8 (Subclave = 47438735a41c65b9e016baf4aebf7ad2) = fde3bad205e5d0d73547964ef1fe37f1
    R9 (Subclave = 549932d1f08557681093ed9cbe2c974e) = bd6e7c3df2b5779e0b61216e8b10b689
    R10 (Subclave = 13111d7fe3944a17f307a78b4d2b30c5) = 69c4e0d86a7b0430d8cdb78070b4c55a

Bloque de Texto Cifrado : 69c4e0d86a7b0430d8cdb78070b4c55a

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Aarón Socas Gaspar- Seguridad de Sistemas Informáticos (Curso 2013-2014)