摘  要： 介紹了高級加密標準Rijndael算法的背景和特點，深入研究和分析了該算法的實現原理和過程，并給出了該算法在文件加解密過程實現的關鍵代碼。
關鍵詞： Rijndael算法；狀態；密鑰

1 Rijndael算法的背景
　AES（Advanced Encryption Standard）是美國聯邦標準局于1997年開始向全世界征集的加密標準[1]，屬于對稱加密算法，代表了當今最先進的編碼技術，最終獲勝的是RijnDael算法。統計顯示，即使使用目前世界上運算速度最快的計算機，窮盡128 bit密鑰也需要幾十億年的時間，更不用說去破解采用256 bit密鑰長度的AES算法了。
　Rijndael算法由比利時計算機科學家Vincent Rijmen和Joan Daemen開發，它使用128 bit、192 bit、256 bit的密鑰長度，比56 bit的DES更健壯可靠[3]。美國國家標準技術研究所選擇Rijndael作為美國政府加密標準AES的加密算法，取代早期的數據加密標準DES[1]。Rijndael作為一種迭代分組加密算法，其數據塊長度和密鑰長度均是可變的，因此它匯聚了強安全性、高性能、高效率、易用、靈活等優點被廣泛應用在各個領域中。
2 Rijndael算法的設計原理
　Rijndael作為加密標準AES算法，其128 bit輸入分組用以字節為單位的矩陣方陣描述[4]。該數組被復制到State數組。數據塊長度、密鑰長度可以被設定為128 bit、192 bit、256 bit三個可選長度，相應的加密輪數分別為10、12、14，每一輪循環都有一個循環密鑰，它來自于初始密鑰。
2.1 Rijndael算法的加密流程
　加密過程分為四個階段：密鑰擴展、輪密鑰加、Nr-1（128 bit、192 bit、256 bit密鑰長度，Nr分別為10、12、14）輪變換及最后一輪變換。輪變換包括字節代換、行移位、列混淆和輪密鑰加四個過程，最后一輪變換包括字節代換、行移位和輪密鑰加三個過程。其流程圖如圖1所示。
　（1）狀態：指明文分組及每次變換的中間結果[4]，是一個4×Nb的矩陣，Nb為數據塊長度除以32。
　（2）字符代換：用一個簡單的查表操作代替了基于矩陣乘法的復雜仿射變換。S盒是一個16×16字節矩陣，包含8 bit值所能表達的256種可能的變換。把Statc中每個字節的高4位作為行值，低4位作為列值，取出S盒中對應行列的元素作為新的字節輸出。

2.2 解密過程
　Rijndael解密過程是加密的逆過程，每輪循環中的步驟都被它們的逆所替換，值得注意的是：循環密鑰使用起來應該顛倒次序。
3  Rijndael算法的應用
　Rijindael算法常被用于文件的加解密過程，加密時先將讀入的明文依次分組，用加密密鑰將明文加密后寫入文件中；解密時用解密密鑰將文件中的密文解密后將明文寫入結果文件中。
3.1 Rijindael算法在文件加解密應用的實現

　try
{// 創建新的Rijndael 對象以產生Key和IV
Rijndael RijndaelAlg= Rijndael.Create（）；
 //需要加密的字符串及保存的文件名
string sData = "Here is some data to encrypt."；
string FileName = "CText.txt"；
            //利用Key和IV加密字符串到文件中
EncryptTextToFile（sData，FileName，RijndaelAlg.Key， RijndaelAlg.IV）；      //利用Key和IV從文件中解密
string Final=DecryptTextFromFile（FileName， RijndaelAlg.Key， RijndaelAlg.IV）；
     Console.WriteLine（Final）；  //顯示密碼
}
catch （Exception e）
 {
 Console.WriteLine（e.Message）；
 }
3.2加密模塊實現
　public static void EncryptTextToFile（String Data， String FileName， byte[] Key， byte[] IV）
{
 try
{//創建文件
FileStream fStream=File.Open（FileName， FileMode.OpenOrCreate）；
//創建新的Rijndael對象
 Rijndael RijndaelAlg=Rijndael.Create（）；
//創建加密流，以passed key 和initialization vector （IV）填充
 CryptoStream cStream = new CryptoStream（fStream，
RijndaelAlg.CreateEncryptor（Key， IV），
CryptoStreamMode.Write）；
 //用加密流創建StreamWriter
 StreamWriter sWriter = new StreamWriter（cStream）；
 try
 { //加密
 sWriter.WriteLine（Data）；
 }
 catch （Exception e）
 {
Console.WriteLine（"An error occurred：{0}"，e.Message）；
 }
 finally
 {
 sWriter.Close（）；
 cStream.Close（）；
 fStream.Close（）；
 }
 }
 catch （CryptographicException e）
 {
 Console.WriteLine（"A Cryptographic error occurred： {0}"， e.Message）；
 }
 catch （UnauthorizedAccessException e）
 {
 Console.WriteLine（"A file error occurred： {0}"， e.Message）；
 }
 }
3.3 解密模塊的實現
public static string DecryptTextFromFile（String FileName， byte[] Key， byte[] IV）
  {
 try
 { //創建文件流
 FileStream fStream = File.Open（FileName， FileMode.OpenOrCreate）；
 //創建新的Rijndael對象
 Rijndael RijndaelAlg = Rijndael.Create（）；
 //創建加密流，以passed key和initialization vector （IV）填充
 CryptoStream cStream = new CryptoStream（fStream，
RijndaelAlg.CreateDecryptor（Key， IV），
CryptoStreamMode.Read）；
 //用加密流創建StreamWriter
 StreamReader sReader = new StreamReader（cStream）；
 string val = null；
 try
 {  //解密
val = sReader.ReadLine（）；
 }
 catch （Exception e）
 {
Console.WriteLine（"An error occurred：{0}"，e.Message）；
 }
 finally
 {  
 sReader.Close（）；
 cStream.Close（）；
 fStream.Close（）；
 }
return val； //返回密碼結果
}
 catch （CryptographicException e）
  {
 Console.WriteLine（"A Cryptographic error occurred： {0}"， e.Message）；
 return null；
  }
 catch （UnauthorizedAccessException e）
  {
 Console.WriteLine（"A file error occurred：{0}"， e.Message）；
 return null；
   }
    }
　Rijndael算法一直經受著世界各國密碼機構和專家的攻擊，最有名的當屬Squre攻擊[4]。目前Rijndael算法已被廣泛應用于身份認證、數字簽名、數據加密等方面，由于硬件的加解密速度要比軟件快，且可在物理上保證系統安全，國內很多單位用硬件的方法來實現該算法。
參考文獻
[1] 段鋼.加密與解密（第3版）[M].北京：電子工業出版社，2008.
[2] 馮登國.信息安全中的數學方法與技術[M].北京：清華大學出版社，2009.
[3] Http：//zhidao.baidu.com.
[4] DAEMEN J， RIJMAN V.高級加密標準算法（AES）—Rijndael的設計[M].谷大武，徐勝波譯.北京：清華大學出版社，2003.