Question

我在Matlab中实现了128位AES加密算法，我正在基于C语言中的功能代码实现此代码，最大的问题是在C代码中所有变量都被定义为unsigned char使其更容易操作，在MatLab我声明所有变量为uint8（未加工的整数8位），加密的一部分几乎准备就绪，但是我遇到了一个问题，我正在运行代码并意识到某些值是从错误发送的矢量S-Box，调试代码我发现问题，有一个没有代码的时刻，下面一个字母返回值255：

 for i = 1 : 16
        stateU(i)= sboxU(bitxor(stateU(i),keyU(i))+1);
 end

此函数负责通过S-box的相应值更改裸数据的值，在C中使用相同的函数进行此更改，但C中的向量在索引0中开始转到255，在matlab中，向量从索引1开始，最多达到256，这就是问题出现的地方，当我的函数返回255时，由于从C到MatLab的关系中的指标差异，索引值总是加+1但是如何定义所有变量使用8位大小，不可能在变量中存储256的值，因此代码存储255，导致变量中的值不正确。

预期的输出应该是（这是C中代码的正确输出，在for循环的第二次迭代之后，范围从1到16）：

State[0] before shift: 207
State[1] before shift: 0
State[2] before shift: 152
State[3] before shift: 115
State[4] before shift: 237
State[5] before shift: 77
State[6] before shift: 148
State[7] before shift: 123
State[8] before shift: 22
State[9] before shift: 182
State[10] before shift: 122
State[11] before shift: 190
State[12] before shift: 130
State[13] before shift: 198
State[14] before shift: 29
State[15] before shift: 155

注意位置[8]是22，这个值是通过带有变量键的状态变量的位一位XOR获得的，如本文开头所述，在C中变量被定义为无符号char，所以，值的大小没有问题。在Matlab中我有以下输出：

State[0] before shift: 207
State[1] before shift: 0
State[2] before shift: 152
State[3] before shift: 115
State[4] before shift: 237
State[5] before shift: 77
State[6] before shift: 148
State[7] before shift: 123
State[8] before shift: 187
State[9] before shift: 182
State[10] before shift: 122
State[11] before shift: 190
State[12] before shift: 130
State[13] before shift: 198
State[14] before shift: 29
State[15] before shift: 155

请注意，MatLab中向量的位置[8]具有不同的值，因为变量的类型在MatLab中定义为uint8，它只能存储最多255的值，理论上它应该取值S -box的256位，但由于类型为uint8，它至少占用一个位置的值（255 - 1111 1111），最多可以存储8位。

以下是两个分析代码。

Galois_mul2函数：

function galois_value = galois_mul2( value )
    value = uint8(value);
    temp = typecast(value, 'int8');
    temp = bitshift(temp,-7); 
    hex = int8(hex2dec('1B')); 
    temp = bitand(temp,hex); 
    temp2 = typecast(bitshift(value,1),'int8');
    galois_value =  typecast(bitxor(temp2,temp),'uint8'); 
end

主要代码：

%Key
key = {'00','01','02','03','04','05','06','07','08','09','0a','0b','0c','0d','0e','0f'};
for n = 1 : 16
   keyU(n)=uint8(hex2dec(key(n)));
end
%State
state = {'00','11','22','33','44','55','66','77','88','99','aa','bb','cc','dd','ee','ff'};
for n = 1 : 16
   stateU(n)=uint8(hex2dec(state(n)));
end
%Sbox
sbox = {'63','7c','77','7b','f2','6b','6f','c5','30','01','67','2b','fe','d7','ab','76','ca','82','c9','7d','fa','59','47','f0','ad','d4','a2','af','9c','a4','72','c0','b7','fd','93','26','36','3f','f7','cc','34','a5','e5','f1','71','d8','31','15','04','c7','23','c3','18','96','05','9a','07','12','80','e2','eb','27','b2','75','09','83','2c','1a','1b','6e','5a','a0','52','3b','d6','b3','29','e3','2f','84','53','d1','00','ed','20','fc','b1','5b','6a','cb','be','39','4a','4c','58','cf','d0','ef','aa','fb','43','4d','33','85','45','f9','02','7f','50','3c','9f','a8','51','a3','40','8f','92','9d','38','f5','bc','b6','da','21','10','ff','f3','d2','cd','0c','13','ec','5f','97','44','17','c4','a7','7e','3d','64','5d','19','73','60','81','4f','dc','22','2a','90','88','46','ee','b8','14','de','5e','0b','db','e0','32','3a','0a','49','06','24','5c','c2','d3','ac','62','91','95','e4','79','e7','c8','37','6d','8d','d5','4e','a9','6c','56','f4','ea','65','7a','ae','08','ba','78','25','2e','1c','a6','b4','c6','e8','dd','74','1f','4b','bd','8b','8a','70','3e','b5','66','48','03','f6','0e','61','35','57','b9','86','c1','1d','9e','e1','f8','98','11','69','d9','8e','94','9b','1e','87','e9','ce','55','28','df','8c','a1','89','0d','bf','e6','42','68','41','99','2d','0f','b0','54','bb','16'}; 
for n = 1 : 256
   sboxU(n)=uint8(hex2dec(sbox(n)));
end
%Rcon
rcon = {'01','02','04','08','10','20','40','80','1b','36'};
for n = 1 : 10
   rconU(n)=uint8(hex2dec(rcon(n)));
end
%Main AES Data Loop
for round = 1 : 10
%Add key + sbox 
    for i = 1 : 16
        stateU(i)= sboxU(bitxor(stateU(i),keyU(i))+1);
    end
%Shift Rows
    buf1 = stateU(2);
    stateU(2) = stateU(6);
    stateU(6) = stateU(10);
    stateU(10) = stateU(14);
    stateU(14) = buf1;

      buf1 = stateU(3);
      buf2 = stateU(7);
      stateU(3) = stateU(11);
      stateU(7) = stateU(15);
      stateU(11) = buf1;
      stateU(15) = buf2;

      buf1 = stateU(16);
      stateU(16) = stateU(12);
      stateU(12) = stateU(8);
      stateU(8) = stateU(4);
      stateU(4) = buf1;
  %Process mixcolumn for all rounds but the last one
      if round < 10
          for j = 0 : 3
  %Compute the current index
              buf4 = (bitshift(j,2));
              %buf1
              aux1 = bitxor(stateU(buf4+1),stateU(buf4+2));
              aux2 = bitxor(stateU(buf4+3),stateU(buf4+4));
              buf1 = bitxor(aux1,aux2);
              %buf2
              buf2 = stateU(buf4+1);
              %buf3
              buf3 = bitxor(stateU(buf4+1),stateU(buf4+2));
              buf3 = galois_mul2(buf3);
              %%%%%%%%%%%%%%%%%%%
              aux = bitxor(stateU(buf4+1),buf3);
              stateU(buf4+1) = bitxor (aux,buf1); 
          end
      end
  end

值得注意的是，当我发现错误时，我在for循环的第二次迭代中停止了调试，也就是说，在for循环的第二次迭代之后出现的正确输出是从0开始的输出-16也被发布在Top里面。在第一次迭代中它起作用，因为位一位XOR函数不返回大于255的值（1111 1111）。

我已经尝试将所有变量更改为uint16但是代码不起作用，它表示类型必须是标量或2的倍数。

Answer 1

问题是当您将1添加到类型为255的{{1}}时，会发生溢出。

uint8

由于您只添加1来生成与您的数据类型无关的索引，因此您可以在添加1之前将矢量索引转换为更合适的数据类型。这样可以避免溢出，并且您的数据是未被触及，仍为for i = 1 : 16 stateU(i)= sboxU(bitxor(stateU(i),keyU(i))+1); end。

uint8

关于数据类型的一些考虑：虽然使用了for i = 1 : 16 stateU(i)= sboxU(double(bitxor(stateU(i),keyU(i)))+1); end（或任何可以容纳256的类型）的类型转换，但这并不意味着您存储的数据不是double以外的其他类型。这只是Matlab的索引约定;实际上在C中你完全可以依赖uint8，因为C中的向量索引从0开始，所以最后一个索引是uint8。

在Matlab

1 个答案: