Transformação feita em cada rodada

Parâmetros:

State :  Estado intermediário no processo de criptografia 4 linhas X  Nb colunas, onde cada coluna representa 4 bytes.

S-BOX :  Tabela não linear que faz a substituição do valor de cada byte.

Word :  Grupo de 32 Bits ou array de 4 Bytes. Significa uma coluna de State.

K :  chave criptografada secreta pode ter 128, 192, 256 bits.

Nk :  No de colunas de K. Nk = 4 (AES-128), 6 (AES-192), 8 (AES-256). É calculado dividindo tamanho da chave por 32 bits.

Nb :  No de colunas  do State. Nb =  4, 6, 8. Similar a Nk.

Nr :  No de rodadas, dado em função de Nb e Nk de acordo com a tabela

        Transformação que faz uma substituição de bytes no ESTADO, seguindo a tabela de substituição não linear (S-BOX), a qual é construída seguindo os  passos:

1)      Faz-se uma multiplicação inversa no GF(2⁸), onde o 00h é mapeado para si mesmo.

2)      Aplica a transformação b_i’ = b_i + b_{( i + 4 ) mod 8} + b_{( i + 5 ) mod 8} + b_{( i + 6 ) mod 8} + b_{( i + 7 ) mod 8} + c_i  onde 0<= i < 8  e b_i é o bit do byte b e c_i é o bit de 63h.

Para uma melhor visualização, os passos serão apresentados na forma matricial abaixo:

onde o indice 7 corresponde ao bit mais significativo do byte a ser substítuido

O que resulta na seguinte tabela:

onde x e y representa o byte em hexadecimal  b = X Y h, o valor retornado será,  pelo qual o byte b deverá ser substituído.

A figura abaixo mostra como é a transformação ByteSub(). S’_r,c apresenta o byte substituído observando a tabela acima.

        As linhas da matriz STATE são ciclicamente deslocadas, onde a linha 0 não é deslocada e as  linhas 1, 2, 3 são deslocada por C1, C2, C3 bytes respectivamente.

Os valores do deslocamento estão em função do tamanho do bloco e são descritos na tabela abaixo:

 A figura abaixo ilustra a ShiftRow() em um bloco de 128 bits (Nb = 4) ou 192 bits (Nb = 6)

        Cada coluna de um STATE é multiplicada módulo m(x) = x⁴ + 1  por um polinômio constante

                                 p(x) = 03h x³ + 01h x²  + 01h x +02h

                                Na forma matricial com  0 =< c < Nb

                             E ilustrado a transformação em um estado de Nb=4

    Uma RoundKey é adicionada ao ESTADO através de XOR.

    A RoundKey é derivada da chave K através da Key Schedule() e possui tamanho (Nb) igual ao do ESTADO.

    É ilustrada a operação onde o XOR é feito entre as colunas da chave e do ESTADO

       É feita seguindo os passos abaixo

            Passo 1)   N^o total de Round Keys   =   Tamanho do Bloco    X    ( N^o de rodadas  +  1)

            Passo 2)   A chave K  é expandida em KeyExpansion()

            Passo 3)   As RoundKey são extraidas da chave expandida de  Nb em Nb words, ou seja a 1^a roundkey usa as primeiras Nb words, a 2^a as Nb seguintes e assim por diante.

        ExpandedKey:  É um array de words de 4 bytes cada e é denotada por W[Nb * (Nr +1)]. As primeiras Nk contém a chave K.  As seguintes são recursivamente definidas em termos das de menor índice.

        A KeyExpansion() depende do valor de Nk.

                       Para Nk<=6

        Na descrição SubByte(W) faz a substituição dos bytes usando a S-BOX já descrita. A RotByte(W) retorna uma palavra na qual os bytes

são ciclicamente deslocados como:     Se a entrada for (a,b,c,d) terá como saída (b,c,d,a).

        Pode-se ver que as primeiras Nk words são feitas a partir da  chave K. Cada word seguinte W[i] = EXOR ( ^ ) da word anterior W[i-1 ] e da word  Nk posições anteriores W[i-Nk]. Para words em posições múltiplas de Nk, uma transformação é aplicada a W[i-1 ] antes do EXOR e uma constante de rodada é EXORed. Esta transformação consiste em um deslocamento cíclico dos bytes em uma word ( RotByte() ), seguido de uma consulta na tabela S-BOX  de todos os 4 bytes da word ( SubByte() ).

                     Para Nk > 6

A diferença em relação a função para Nk<=6, é que para i-4 múltiplo de Nk,  SubByte é aplicada à W[i-1 ] antes do EXOR.

As constantes de rodada são independentes de Nk  e definidas pela função Rcon[ i ] como segue:

     Rcon[i] = (RC[i],‘00’,‘00’,‘00’). onde  RC[i]  representa um elemento em GF(2⁸) com um valor de X^(i-1)  tal que:

            RC[1] = 1      e       RC[ i ] = X * RC[i-1] = X^(i-1) com X = 02h.

RoundKey :

                        As chaves de rodada ( RoundKey i )  são dadas pelo buffer de words de W[Nb*i]  até W[Nb*(i+1)] como mostrado abaixo:

Pseudo Código do Criptografador

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