Block Cipher

分组密码常见工作模式

本文整理 CTF Reverse 中常见的分组密码基础知识，重点关注 ECB、CBC 这类工作模式，以及逆向时如何通过参数、常量和数据流进行识别。

加密算法大致可以分为对称加密（Symmetric Key Encryption）和非对称加密（Asymmetric Key Encryption）。对称加密又可以继续分为分组密码和序列密码。

分组密码，也叫块加密，每次处理固定长度的数据块。明文按固定长度分组后，每个明文组经过加密运算得到密文组；解密时执行对应的逆运算，还原出明文组。常见分组密码包括 DES、AES、3DES 等。

分组密码本身只定义了“如何加密一个块”。如果要加密较长数据，就需要工作模式来组织多个数据块。不同工作模式会影响安全性、并行性、错误传播和 IV 使用方式。

ECB 模式

电码本模式(Electronic Code Book，ECB)是使用相同的密钥对明文组进行加密，一次只加密一组挥密，一次解密一组密文。明文。解密时也使用相同的密钥对密文组进行解假设明文分组长度为b，则可以将明文分为b立一组的明文组，必要时，可对最后一个明文组进行填充。
如果每个明文分组被记为Pi，密文分组被记为ci，则加解密过程如下图所示:


**在这种工作模式下，一个明文组只能固定地被加密成一个对应的密文组，一个密文组也只能固定地被解密成对应的密文组。他们彼此是一一对应的。设想我们有一个厚厚的密码本，每次加密时，我们只需要从密码本中查出明文所对应的密文就可以。这也是电码本模式名称的由来。

优点:

实现简单
不同明文分组的加密可并行实施,尤其是硬件实现时速度很快

缺点:

不同的明文分组之间的加密独立进行，故保留了单表代替缺点，造成相同明文分组对应相同密文分组因而不能隐蔽明文分组的统计规律和结构规律，不能抵抗替换攻击 **

CBC模式:

密文分组链接模式(Cipher Block Chaining,CBC)中，加密算法的输入是明文分组和前一个密文分组的异或，同样均使用相同的密钥进行加密。其中第一个明文加密时，需先与初始向量IV异或，再进入加密算法进行加密。如下图所示:

图中第一个明文分组P1先与初始向量IV异或，然后被加密为密文C1.接下来C1与下一个明文分组异或，得到的结果被加密为C2，以此类推。所有的加密和解密都使用同一个密钥K。
解密时，先对密文分组进行解密，然后再与上一个密文分组进行异或，即可得到明文分组结果。同样，第一个密文分组C1在解密后，需与初始向量IV异或，才能得到明文P1。
持性:
相同的明文，使用相同的密钥，不同的IV进行加密，其加密的结果不同具有有限的错误传播特性:-个密文块的错误将导致两个密文块不能正确解密

逆向中如何区分ECB与CBC?

–题目给了符号，直接可以得知工作模式
–看加密函数参数个数，参数较多的可能是CBC

DES加密:

识别特征:
·初始置换IP表
密钥长度为8字节
分组长度为8字节
IV长度为8字节
输出长度对齐到8字节倍数

C语言实现:

#include <cstdio>

#include <cstring>

  

//  IP 初始置换表

const int IP_Init_Table[64] =

{

    58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4,

    62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, 64, 56, 48, 40, 32, 24, 16, 8,

    57, 49, 41, 33, 25, 17,  9, 1, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3,

    61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7

};

  

//  E 扩展表

const int E_Table[48] =

{

    32,  1,  2,  3,  4,  5,  4,  5,  6,  7,  8,  9,

     8,  9, 10, 11, 12, 13, 12, 13, 14, 15, 16, 17,

    16, 17, 18, 19, 20, 21, 20, 21, 22, 23, 24, 25,

    24, 25, 26, 27, 28, 29, 28, 29, 30, 31, 32,  1

};

  

//  P 盒

const int P_Table[32] =

{

    16, 7, 20, 21, 29, 12, 28, 17,  1, 15, 23, 26,  5, 18, 31, 10,

     2, 8, 24, 14, 32, 27,  3,  9, 19, 13, 30,  6, 22, 11,  4, 25

};

  

//  IP 逆置换表

const int IPR_Table[64] =

{

    40, 8, 48, 16, 56, 24, 64, 32, 39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 31,

    38, 6, 46, 14, 54, 22, 62, 30, 37, 5, 45, 13, 53, 21, 61, 29,

    36, 4, 44, 12, 52, 20, 60, 28, 35, 3, 43, 11, 51, 19, 59, 27,

    34, 2, 42, 10, 50, 18, 58, 26, 33, 1, 41,  9, 49, 17, 57, 25

};

  

//  密钥第一次置换表

const int PC1_Table[56] =

{

    57, 49, 41, 33, 25, 17,  9,  1, 58, 50, 42, 34, 26, 18,

    10,  2, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11,  3, 60, 52, 44, 36,

    63, 55, 47, 39, 31, 23, 15,  7, 62, 54, 46, 38, 30, 22,

    14,  6, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13,  5, 28, 20, 12,  4

};

  

//  密钥第二次置换表

const int PC2_Table[48] =

{

    14, 17, 11, 24,  1,  5,  3, 28, 15,  6, 21, 10,

    23, 19, 12,  4, 26,  8, 16,  7, 27, 20, 13,  2,

    41, 52, 31, 37, 47, 55, 30, 40, 51, 45, 33, 48,

    44, 49, 39, 56, 34, 53, 46, 42, 50, 36, 29, 32

};

  

//  S 盒

const int S_Box[8][4][16] =

{

    //  s1

    14, 4, 13, 1, 2, 15, 11, 8, 3, 10, 6, 12, 5, 9, 0, 7,

    0, 15, 7, 4, 14, 2, 13, 1, 10, 6, 12, 11, 9, 5, 3, 8,

    4, 1, 14, 8, 13, 6, 2, 11, 15, 12, 9, 7, 3, 10, 5, 0,

    15, 12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5, 11, 3, 14, 10, 0, 6, 13,

    //  s2

    15, 1, 8, 14, 6, 11, 3, 4, 9, 7, 2, 13, 12, 0, 5, 10,

    3, 13, 4, 7, 15, 2, 8, 14, 12, 0, 1, 10, 6, 9, 11, 5,

    0, 14, 7, 11, 10, 4, 13, 1, 5, 8, 12, 6, 9, 3, 2, 15,

    13, 8, 10, 1, 3, 15, 4, 2, 11, 6, 7, 12, 0, 5, 14, 9,

    //  s3

    10, 0, 9, 14, 6, 3, 15, 5, 1, 13, 12, 7, 11, 4, 2, 8,

    13, 7, 0, 9, 3, 4, 6, 10, 2, 8, 5, 14, 12, 11, 15, 1,

    13, 6, 4, 9, 8, 15, 3, 0, 11, 1, 2, 12, 5, 10, 14, 7,

    1, 10, 13, 0, 6, 9, 8, 7, 4, 15, 14, 3, 11, 5, 2, 12,

    //  s4

    7, 13, 14, 3, 0, 6, 9, 10, 1, 2, 8, 5, 11, 12, 4, 15,

    13, 8, 11, 5, 6, 15, 0, 3, 4, 7, 2, 12, 1, 10, 14, 9,

    10, 6, 9, 0, 12, 11, 7, 13, 15, 1, 3, 14, 5, 2, 8, 4,

    3, 15, 0, 6, 10, 1, 13, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14,

    //  s5

    2, 12, 4, 1, 7, 10, 11, 6, 8, 5, 3, 15, 13, 0, 14, 9,

    14, 11, 2, 12, 4, 7, 13, 1, 5, 0, 15, 10, 3, 9, 8, 6,

    4, 2, 1, 11, 10, 13, 7, 8, 15, 9, 12, 5, 6, 3, 0, 14,

    11, 8, 12, 7, 1, 14, 2, 13, 6, 15, 0, 9, 10, 4, 5, 3,

    //  s6

    12, 1, 10, 15, 9, 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11,

    10, 15, 4, 2, 7, 12, 9, 5, 6, 1, 13, 14, 0, 11, 3, 8,

    9, 14, 15, 5, 2, 8, 12, 3, 7, 0, 4, 10, 1, 13, 11, 6,

    4, 3, 2, 12, 9, 5, 15, 10, 11, 14, 1, 7, 6, 0, 8, 13,

    //  s7

    4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1,

    13, 0, 11, 7, 4, 9, 1, 10, 14, 3, 5, 12, 2, 15, 8, 6,

    1, 4, 11, 13, 12, 3, 7, 14, 10, 15, 6, 8, 0, 5, 9, 2,

    6, 11, 13, 8, 1, 4, 10, 7, 9, 5, 0, 15, 14, 2, 3, 12,

    //  s8

    13, 2, 8, 4, 6, 15, 11, 1, 10, 9, 3, 14, 5, 0, 12, 7,  

    1, 15, 13, 8, 10, 3, 7, 4, 12, 5, 6, 11, 0, 14, 9, 2,

    7, 11, 4, 1, 9, 12, 14, 2, 0, 6, 10, 13, 15, 3, 5, 8,

    2, 1, 14, 7, 4, 10, 8, 13, 15, 12, 9, 0, 3, 5, 6, 11

};

  

/*

 *  类型转换函数 I

 *  将 char 型转化为二进制形式

 *  8 * sizeof(char) = 8(位) 8 个字符 64 位

 */

void CharToBit(const char input[], int output[], int bits)

{

    for (int j = 0; j < 8; j++)

    {

        for (int i = 0; i < 8; i++)

        {

            output[7 * (j + 1) - i + j] = (input[j] >> i) & 1;

        }

    }

}

  

/*

 *  类型转换函数 II

 *  将二进制形式转化为 char 型

 */

void BitToChar(const int intput[], char output[], int bits)

{

    for (int j = 0; j < 8; j++)

    {

        for (int i = 0; i < 8; i++)

        {

            output[j] = output[j] * 2 + intput[i + 8 * j];

        }

    }

}

  

/*

 *  异或函数

 *  将数组 INA 和 INB 进行异或操作，并且保存在 INA 中

 */

void Xor(int *INA, int *INB, int len)

{

    for (int i = 0; i<len; i++)

    {

        *(INA + i) = *(INA + i) ^ *(INB + i);

    }

}

  

/*

 *  IP 初始置换函数

 *  IP 根据 IP 初始置换表进行初始置换

 */

void IP_Init_Rep(const int input[64], int output[64], const int table[64])

{

    for (int i = 0; i < 64; i++)

    {

        output[i] = input[table[i] - 1];

    }

}

  

/*

 *  E 扩展置换函数

 *  根据 E 扩展表进行扩展

 */

void E_Extend(const int input[32], int output[48], const int table[48])

{

    for (int i = 0; i < 48; i++)

    {

        output[i] = input[table[i] - 1];

    }

}

  

/*

 *  P 置换函数

 *  根据 P 盒进行置换

 */

void P_Rep(const int input[32], int output[32], const int table[32])

{

    for (int i = 0; i < 32; i++)

    {

        output[i] = input[table[i] - 1];

    }

}

  

/*

 *  IP 逆置换函数

 *  IP 根据 IP 逆置换表进行置换

 */

void IP_Inv_Rep(const int input[64], int output[64], const int table[64])

{

    for (int i = 0; i < 64; i++)

    {

        output[i] = input[table[i] - 1];

    }

}

  

/*

 *  密匙第一次置换函数

 *  根据密匙第一次置换表进行置换

 */

void PC_1(const int input[64], int output[56], const int table[56])

{

    for (int i = 0; i < 56; i++)

    {

        output[i] = input[table[i] - 1];

    }

}

  

/*

 *  密匙第二次置换函数

 *  根据密匙第二次置换表进行置换

 */

void PC_2(const int input[56], int output[48], const int table[48])

{

    for (int i = 0; i < 48; i++)

    {

        output[i] = input[table[i] - 1];

    }

}

  

/*

 *  S 盒压缩函数

 *  根据 8 个 S 盒进行压缩

 */

void S_Comp(const int input[48], int output[32], const int table[8][4][16])

{

    int INT[8];

    for (int i = 0, j = 0; i < 48; i = i + 6)

    {

        INT[j] = table[j][(input[i] << 1)

               + (input[i + 5])][(input[i + 1] << 3)

               + (input[i + 2] << 2)

               + (input[i + 3] << 1)

               + (input[i + 4])];

        j++;

    }

    for (int j = 0; j < 8; j++)

    {

        for (int i = 0; i < 4; i++)

        {

            output[3 * (j + 1) - i + j] = (INT[j] >> i) & 1;

        }

    }

}

  

/*

 *  轮迭代函数

 *  DES 核心迭代部分

 */

void F_func(const int input[32], int output[32], int subKey[48])

{

    int len = 48;

    int temp0[48] = {0};

    int temp1[32] = {0};

    E_Extend(input, temp0, E_Table);

    Xor(temp0, subKey, len);

    S_Comp(temp0, temp1, S_Box);

    P_Rep(temp1, output, P_Table);

}

  

/*

 *  密匙循环左移函数

 *  密匙在不同轮数都要进行不同的左移操作

 */

void RotateL(const int input[28], int output[28], int leftCount)

{

    int len = 28;

    for (int i = 0; i < len; i++)

    {

        output[i] = input[(i + leftCount) % len];

    }

}

  

/*

 *  子密匙生成函数

 *  生成 subKey，在第 1、2、9、16 轮循环左移 1 位，其他轮循环左移 2 位

 */

void subKey_fun(const int input[64], int subKey[16][48])

{

    int loop0 = 1, loop1 = 2;

    int c[28], d[28];

    int pc_1[56] = {0};

    int pc_2[16][56] = {0};

    int rotatel_c[16][28] = {0};

    int rotatel_d[16][28] = {0};

  

    PC_1(input, pc_1, PC1_Table);

    for (int i = 0; i < 28; i++)

    {

        c[i] = pc_1[i];

        d[i] = pc_1[i + 28];

    }

  

    int leftCount = 0;

    for (int i = 1; i < 17; i++)

    {

        if (i == 1 || i == 2 || i == 9 || i == 16)

        {

            leftCount += loop0;

            RotateL(c, rotatel_c[i - 1], leftCount);

            RotateL(d, rotatel_d[i - 1], leftCount);

        }

        else

        {

            leftCount += loop1;

            RotateL(c, rotatel_c[i - 1], leftCount);

            RotateL(d, rotatel_d[i - 1], leftCount);

        }

    }

  

    for (int i = 0; i < 16; i++)

    {

        for (int j = 0; j < 28; j++)

        {

            pc_2[i][j] = rotatel_c[i][j];

            pc_2[i][j + 28] = rotatel_d[i][j];

        }

    }

  

    for (int i = 0; i < 16; i++)

    {

        PC_2(pc_2[i], subKey[i], PC2_Table);

    }

}

  

/*

 *  DES 加密函数

 *  传入明文 input 和密匙 inKey，获取 64 位二进制密文 output

 */

void DES_Efun(const char input[8], char inKey[8], int output[64])

{

    int ip[64] = {0};

    int output_1[64] = {0};

    int subKeys[16][48];

    int chartobit[64] = {0};

    int key[64];

    int l[17][32], r[17][32];

  

    CharToBit(input, chartobit, 8);

    IP_Init_Rep(chartobit, ip, IP_Init_Table);

    CharToBit(inKey, key, 8);

    subKey_fun(key, subKeys);

  

    for (int i = 0; i < 32; i++)

    {

        l[0][i] = ip[i];

        r[0][i] = ip[32 + i];

    }

    for (int j = 1; j < 16; j++)    //  15 轮迭代

    {

        for (int k = 0; k < 32; k++)

        {

            l[j][k] = r[j - 1][k];

        }

        F_func(r[j - 1], r[j], subKeys[j - 1]);

        Xor(r[j], l[j - 1], 32);

    }

  

    int t = 0;

    for (t = 0; t < 32; t++)        //  第 16 轮迭代

    {

        r[16][t] = r[15][t];

    }

    F_func(r[15], l[16], subKeys[15]);

    Xor(l[16], l[15], 32);

  

    for (t = 0; t < 32; t++)

    {

        output_1[t] = l[16][t];

        output_1[32 + t] = r[16][t];

    }

    IP_Inv_Rep(output_1, output, IPR_Table);

}

  

/*

 *  DES 解密函数

 *  传入 64 位二进制密文 input 和密匙 inKey 获取明文 output

 */

void DES_Dfun(const int input[64], char inKey[8], char output[8])

{

    int ip[64] = {0};

    int output_1[64] = {0};

    int output_2[64] = {0};

    int subKeys[16][48];

    int key[64];

    int l[17][32], r[17][32];

  

    IP_Init_Rep(input, ip, IP_Init_Table);

    CharToBit(inKey, key, 8);

    subKey_fun(key, subKeys);

    for (int i = 0; i < 32; i++)

    {

        l[0][i] = ip[i];

        r[0][i] = ip[32 + i];

    }

    for (int j = 1; j < 16; j++)    //  15 轮迭代

    {

        for (int k = 0; k < 32; k++)

        {

            l[j][k] = r[j - 1][k];

        }

        F_func(r[j - 1], r[j], subKeys[16 - j]);

        Xor(r[j], l[j - 1], 32);

    }

  

    int t = 0;

    for (t = 0; t < 32; t++)        //  第 16 轮迭代

    {

        r[16][t] = r[15][t];

    }

    F_func(r[15], l[16], subKeys[0]);

    Xor(l[16], l[15], 32);

  

    for (t = 0; t < 32; t++)

    {

        output_1[t] = l[16][t];

        output_1[32 + t] = r[16][t];

    }

    IP_Inv_Rep(output_1, output_2, IPR_Table);

    BitToChar(output_2, output, 8);

}

  

int output[64] = {0};

char A[9] = {0};

char B[9] = {0};

  

int main()

{

    printf("请输入明文(8字节)\n");

    scanf("%s", A);

    printf("请输入密匙(8字节)\n");

    scanf("%s", B);

  

    DES_Efun(A, B, output);

  

    putchar(10);

    printf("对明文进行加密\n");

    printf("密文:\n");

    for (int i = 0; i < 64; i++)

    {

        printf("%d", output[i]);

        if ((i + 1) % 8 == 0)

        {

            putchar(10);

        }

        else if ((i + 1) % 4 == 0)

        {

            putchar(' ');

        }

    }

  

    putchar(10);

    printf("对密文进行解密\n");

  

    DES_Dfun(output, B, A);

  

    printf("明文:\n");

    for (int i = 0; i < 8; i++)

    {

        printf("%c", A[i]);

    }

    putchar(10);

  

    return 0;

}

对抗方式:

CTF比赛中分组密码出现频率较多的是AES,而相对于出现频率比较低且大多都为标准加密,
固然我们只需调用python里的库函数就行,此方法雷同标准rc4的解密

另外也可以通过编码工具Cyber Chef来解

from Crypto.Cipher import DES
from Crypto.Util.Padding import *
#加密
plain=pad(b"abcdefghio",8)
priny(plain)
key=b"12345678"
des=DES.new(key,DES.MODE_ECB)
print(des.encrypt(plain))


#解密
cipher=b'\x94\xd4ck\xc3\xb5\xb6\x93\xeb\xec\xfb\xa0\xae\xfa\xc1'
print(unpad(des.decrypt(cipher)))

AES加密:

1.AES简介:

AES即高级加密标准(Advanced Encryption Standard).是美NIST在2001年发布的.旨在代替DES称为厂泛便用的标准，AES是一种对称分组密码算法，

2.AES的分组长度和密钥长度:

AES的明文分组长度为128位(16字节).密钥长度可以为128位(16宇节)、192位(24宇节)、256位(32宇节).根据密钥长度的不同.AES分为AES-128、AES-192,AES-256三种.

3.AES的整体结构:

AES加密体制也是由多轮加密构成，除了结尾的一轮，其他轮都是由四个步表组成一字节代替、行移位、列混淆、轮密钥加。而最后一轮仅包括字节代替、行移位、轮密钥加这三步。AES迭代的轮数与密钥的长度相关，16字节的密钥对应看送代10轮，24字节的密钥对应看迭代12轮，32字节的密钥对应看迭代14轮。在开始所有轮送代之前，需要进行一次初始变换–次轮密钥加，这一步往往被称为第0轮。

识别特征:

·S盒
·密钥长度为16/24/32字节
·分组长度为16字节
IV长度为16字节.
输出长度对齐到16字节倍数
以及sbox的前三个数:637c77

正向调用示例:

uint8_t key[] = { Ox2b, 0x7e, Ox15, Ox16, 0x28, Oxae, Oxd2, Oxa6, Oxab, Oxf7,0x15,0x88, 0x09, 0xcf, 0x4f,0x3c };
uint8_t iv[] = { 0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09,Ox0a, 0x0b, 0x0c,0x0d, 0x0e,0x0f };
uint8_t plain[] = { Ox89, Oxed, Ox23, Ox6e, Ox48, Oxfe, 0x5c, Ox14, 0x40, Ox27,0x42, 0x7a, 0xf4, 0xb6, 0xf3, 0x8f, 0x96, 0x28, 0x30, 0xbf, 0xfd, 0x41, 0x2b,Oxb0, Oxd6, 0xfe, 0x3d, Oxca, Oxd7, 0x7a, 0x31, Ox7a };
AES_CTX ctx;
AES_init(&ctx, key, iv);
AES_CBC_encrypt(&ctx, plain, sizeof(plain));

C语言加解密实现:

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef struct{
    uint32_t eK[44], dK[44];    // encKey, decKey
    int Nr; // 10 rounds
}AesKey;

#define BLOCKSIZE 16  //AES-128分组长度为16字节

// uint8_t y[4] -> uint32_t x
#define LOAD32H(x, y) \
  do { (x) = ((uint32_t)((y)[0] & 0xff)<<24) | ((uint32_t)((y)[1] & 0xff)<<16) | \
             ((uint32_t)((y)[2] & 0xff)<<8)  | ((uint32_t)((y)[3] & 0xff));} while(0)

// uint32_t x -> uint8_t y[4]
#define STORE32H(x, y) \
  do { (y)[0] = (uint8_t)(((x)>>24) & 0xff); (y)[1] = (uint8_t)(((x)>>16) & 0xff);   \
       (y)[2] = (uint8_t)(((x)>>8) & 0xff); (y)[3] = (uint8_t)((x) & 0xff); } while(0)

// 从uint32_t x中提取从低位开始的第n个字节
#define BYTE(x, n) (((x) >> (8 * (n))) & 0xff)

/* used for keyExpansion */
// 字节替换然后循环左移1位
#define MIX(x) (((S[BYTE(x, 2)] << 24) & 0xff000000) ^ ((S[BYTE(x, 1)] << 16) & 0xff0000) ^ \
                ((S[BYTE(x, 0)] << 8) & 0xff00) ^ (S[BYTE(x, 3)] & 0xff))

// uint32_t x循环左移n位
#define ROF32(x, n)  (((x) << (n)) | ((x) >> (32-(n))))
// uint32_t x循环右移n位
#define ROR32(x, n)  (((x) >> (n)) | ((x) << (32-(n))))

/* for 128-bit blocks, Rijndael never uses more than 10 rcon values */
// AES-128轮常量
static const uint32_t rcon[10] = {
        0x01000000UL, 0x02000000UL, 0x04000000UL, 0x08000000UL, 0x10000000UL,
        0x20000000UL, 0x40000000UL, 0x80000000UL, 0x1B000000UL, 0x36000000UL
};
// S盒
unsigned char S[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
};

//逆S盒
unsigned char inv_S[256] = {
        0x52, 0x09, 0x6A, 0xD5, 0x30, 0x36, 0xA5, 0x38, 0xBF, 0x40, 0xA3, 0x9E, 0x81, 0xF3, 0xD7, 0xFB,
        0x7C, 0xE3, 0x39, 0x82, 0x9B, 0x2F, 0xFF, 0x87, 0x34, 0x8E, 0x43, 0x44, 0xC4, 0xDE, 0xE9, 0xCB,
        0x54, 0x7B, 0x94, 0x32, 0xA6, 0xC2, 0x23, 0x3D, 0xEE, 0x4C, 0x95, 0x0B, 0x42, 0xFA, 0xC3, 0x4E,
        0x08, 0x2E, 0xA1, 0x66, 0x28, 0xD9, 0x24, 0xB2, 0x76, 0x5B, 0xA2, 0x49, 0x6D, 0x8B, 0xD1, 0x25,
        0x72, 0xF8, 0xF6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xD4, 0xA4, 0x5C, 0xCC, 0x5D, 0x65, 0xB6, 0x92,
        0x6C, 0x70, 0x48, 0x50, 0xFD, 0xED, 0xB9, 0xDA, 0x5E, 0x15, 0x46, 0x57, 0xA7, 0x8D, 0x9D, 0x84,
        0x90, 0xD8, 0xAB, 0x00, 0x8C, 0xBC, 0xD3, 0x0A, 0xF7, 0xE4, 0x58, 0x05, 0xB8, 0xB3, 0x45, 0x06,
        0xD0, 0x2C, 0x1E, 0x8F, 0xCA, 0x3F, 0x0F, 0x02, 0xC1, 0xAF, 0xBD, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8A, 0x6B,
        0x3A, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4F, 0x67, 0xDC, 0xEA, 0x97, 0xF2, 0xCF, 0xCE, 0xF0, 0xB4, 0xE6, 0x73,
        0x96, 0xAC, 0x74, 0x22, 0xE7, 0xAD, 0x35, 0x85, 0xE2, 0xF9, 0x37, 0xE8, 0x1C, 0x75, 0xDF, 0x6E,
        0x47, 0xF1, 0x1A, 0x71, 0x1D, 0x29, 0xC5, 0x89, 0x6F, 0xB7, 0x62, 0x0E, 0xAA, 0x18, 0xBE, 0x1B,
        0xFC, 0x56, 0x3E, 0x4B, 0xC6, 0xD2, 0x79, 0x20, 0x9A, 0xDB, 0xC0, 0xFE, 0x78, 0xCD, 0x5A, 0xF4,
        0x1F, 0xDD, 0xA8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xC7, 0x31, 0xB1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xEC, 0x5F,
        0x60, 0x51, 0x7F, 0xA9, 0x19, 0xB5, 0x4A, 0x0D, 0x2D, 0xE5, 0x7A, 0x9F, 0x93, 0xC9, 0x9C, 0xEF,
        0xA0, 0xE0, 0x3B, 0x4D, 0xAE, 0x2A, 0xF5, 0xB0, 0xC8, 0xEB, 0xBB, 0x3C, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
        0x17, 0x2B, 0x04, 0x7E, 0xBA, 0x77, 0xD6, 0x26, 0xE1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0C, 0x7D
};

/* copy in[16] to state[4][4] */
int loadStateArray(uint8_t (*state)[4], const uint8_t *in) {
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
            state[j][i] = *in++;
        }
    }
    return 0;
}

/* copy state[4][4] to out[16] */
int storeStateArray(uint8_t (*state)[4], uint8_t *out) {
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
            *out++ = state[j][i];
        }
    }
    return 0;
}
//秘钥扩展
int keyExpansion(const uint8_t *key, uint32_t keyLen, AesKey *aesKey) {

    if (NULL == key || NULL == aesKey){
        printf("keyExpansion param is NULL\n");
        return -1;
    }

    if (keyLen != 16){
        printf("keyExpansion keyLen = %d, Not support.\n", keyLen);
        return -1;
    }

    uint32_t *w = aesKey->eK;  //加密秘钥
    uint32_t *v = aesKey->dK;  //解密秘钥

    /* keyLen is 16 Bytes, generate uint32_t W[44]. */

    /* W[0-3] */
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        LOAD32H(w[i], key + 4*i);
    }

    /* W[4-43] */
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        w[4] = w[0] ^ MIX(w[3]) ^ rcon[i];
        w[5] = w[1] ^ w[4];
        w[6] = w[2] ^ w[5];
        w[7] = w[3] ^ w[6];
        w += 4;
    }

    w = aesKey->eK+44 - 4;
    //解密秘钥矩阵为加密秘钥矩阵的倒序，方便使用，把ek的11个矩阵倒序排列分配给dk作为解密秘钥
    //即dk[0-3]=ek[41-44], dk[4-7]=ek[37-40]... dk[41-44]=ek[0-3]
    for (int j = 0; j < 11; ++j) {

        for (int i = 0; i < 4; ++i) {
            v[i] = w[i];
        }
        w -= 4;
        v += 4;
    }

    return 0;
}

// 轮秘钥加
int addRoundKey(uint8_t (*state)[4], const uint32_t *key) {
    uint8_t k[4][4];

    /* i: row, j: col */
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
            k[i][j] = (uint8_t) BYTE(key[j], 3 - i);  /* 把 uint32 key[4] 先转换为矩阵 uint8 k[4][4] */
            state[i][j] ^= k[i][j];
        }
    }

    return 0;
}

//字节替换
int subBytes(uint8_t (*state)[4]) {
    /* i: row, j: col */
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
            state[i][j] = S[state[i][j]]; //直接使用原始字节作为S盒数据下标
        }
    }

    return 0;
}

//逆字节替换
int invSubBytes(uint8_t (*state)[4]) {
    /* i: row, j: col */
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
            state[i][j] = inv_S[state[i][j]];
        }
    }
    return 0;
}

//行移位
int shiftRows(uint8_t (*state)[4]) {
    uint32_t block[4] = {0};

    /* i: row */
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
    //便于行循环移位，先把一行4字节拼成uint_32结构，移位后再转成独立的4个字节uint8_t
        LOAD32H(block[i], state[i]);
        block[i] = ROF32(block[i], 8*i);
        STORE32H(block[i], state[i]);
    }

    return 0;
}

//逆行移位
int invShiftRows(uint8_t (*state)[4]) {
    uint32_t block[4] = {0};

    /* i: row */
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        LOAD32H(block[i], state[i]);
        block[i] = ROR32(block[i], 8*i);
        STORE32H(block[i], state[i]);
    }

    return 0;
}

/* Galois Field (256) Multiplication of two Bytes */
// 两字节的伽罗华域乘法运算
uint8_t GMul(uint8_t u, uint8_t v) {
    uint8_t p = 0;

    for (int i = 0; i < 8; ++i) {
        if (u & 0x01) {    //
            p ^= v;
        }

        int flag = (v & 0x80);
        v <<= 1;
        if (flag) {
            v ^= 0x1B; /* x^8 + x^4 + x^3 + x + 1 */
        }

        u >>= 1;
    }

    return p;
}

// 列混合
int mixColumns(uint8_t (*state)[4]) {
    uint8_t tmp[4][4];
    uint8_t M[4][4] = {{0x02, 0x03, 0x01, 0x01},
                       {0x01, 0x02, 0x03, 0x01},
                       {0x01, 0x01, 0x02, 0x03},
                       {0x03, 0x01, 0x01, 0x02}};

    /* copy state[4][4] to tmp[4][4] */
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j){
            tmp[i][j] = state[i][j];
        }
    }

    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j) {  //伽罗华域加法和乘法
            state[i][j] = GMul(M[i][0], tmp[0][j]) ^ GMul(M[i][1], tmp[1][j])
                        ^ GMul(M[i][2], tmp[2][j]) ^ GMul(M[i][3], tmp[3][j]);
        }
    }

    return 0;
}

// 逆列混合
int invMixColumns(uint8_t (*state)[4]) {
    uint8_t tmp[4][4];
    uint8_t M[4][4] = {{0x0E, 0x0B, 0x0D, 0x09},
                       {0x09, 0x0E, 0x0B, 0x0D},
                       {0x0D, 0x09, 0x0E, 0x0B},
                       {0x0B, 0x0D, 0x09, 0x0E}};  //使用列混合矩阵的逆矩阵

    /* copy state[4][4] to tmp[4][4] */
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j){
            tmp[i][j] = state[i][j];
        }
    }

    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        for (int j = 0; j < 4; ++j) {
            state[i][j] = GMul(M[i][0], tmp[0][j]) ^ GMul(M[i][1], tmp[1][j])
                          ^ GMul(M[i][2], tmp[2][j]) ^ GMul(M[i][3], tmp[3][j]);
        }
    }

    return 0;
}

// AES-128加密接口，输入key应为16字节长度，输入长度应该是16字节整倍数，
// 这样输出长度与输入长度相同，函数调用外部为输出数据分配内存
int aesEncrypt(const uint8_t *key, uint32_t keyLen, const uint8_t *pt, uint8_t *ct, uint32_t len) {

    AesKey aesKey;
    uint8_t *pos = ct;
    const uint32_t *rk = aesKey.eK;  //解密秘钥指针
    uint8_t out[BLOCKSIZE] = {0};
    uint8_t actualKey[16] = {0};
    uint8_t state[4][4] = {0};

    if (NULL == key || NULL == pt || NULL == ct){
        printf("param err.\n");
        return -1;
    }

    if (keyLen > 16){
        printf("keyLen must be 16.\n");
        return -1;
    }

    if (len % BLOCKSIZE){
        printf("inLen is invalid.\n");
        return -1;
    }

    memcpy(actualKey, key, keyLen);
    keyExpansion(actualKey, 16, &aesKey);  // 秘钥扩展

	// 使用ECB模式循环加密多个分组长度的数据
    for (int i = 0; i < len; i += BLOCKSIZE) {
		// 把16字节的明文转换为4x4状态矩阵来进行处理
        loadStateArray(state, pt);
        // 轮秘钥加
        addRoundKey(state, rk);

        for (int j = 1; j < 10; ++j) {
            rk += 4;
            subBytes(state);   // 字节替换
            shiftRows(state);  // 行移位
            mixColumns(state); // 列混合
            addRoundKey(state, rk); // 轮秘钥加
        }

        subBytes(state);    // 字节替换
        shiftRows(state);  // 行移位
        // 此处不进行列混合
        addRoundKey(state, rk+4); // 轮秘钥加
		
		// 把4x4状态矩阵转换为uint8_t一维数组输出保存
        storeStateArray(state, pos);

        pos += BLOCKSIZE;  // 加密数据内存指针移动到下一个分组
        pt += BLOCKSIZE;   // 明文数据指针移动到下一个分组
        rk = aesKey.eK;    // 恢复rk指针到秘钥初始位置
    }
    return 0;
}

// AES128解密， 参数要求同加密
int aesDecrypt(const uint8_t *key, uint32_t keyLen, const uint8_t *ct, uint8_t *pt, uint32_t len) {
    AesKey aesKey;
    uint8_t *pos = pt;
    const uint32_t *rk = aesKey.dK;  //解密秘钥指针
    uint8_t out[BLOCKSIZE] = {0};
    uint8_t actualKey[16] = {0};
    uint8_t state[4][4] = {0};

    if (NULL == key || NULL == ct || NULL == pt){
        printf("param err.\n");
        return -1;
    }

    if (keyLen > 16){
        printf("keyLen must be 16.\n");
        return -1;
    }

    if (len % BLOCKSIZE){
        printf("inLen is invalid.\n");
        return -1;
    }

    memcpy(actualKey, key, keyLen);
    keyExpansion(actualKey, 16, &aesKey);  //秘钥扩展，同加密

    for (int i = 0; i < len; i += BLOCKSIZE) {
        // 把16字节的密文转换为4x4状态矩阵来进行处理
        loadStateArray(state, ct);
        // 轮秘钥加，同加密
        addRoundKey(state, rk);

        for (int j = 1; j < 10; ++j) {
            rk += 4;
            invShiftRows(state);    // 逆行移位
            invSubBytes(state);     // 逆字节替换，这两步顺序可以颠倒
            addRoundKey(state, rk); // 轮秘钥加，同加密
            invMixColumns(state);   // 逆列混合
        }

        invSubBytes(state);   // 逆字节替换
        invShiftRows(state);  // 逆行移位
        // 此处没有逆列混合
        addRoundKey(state, rk+4);  // 轮秘钥加，同加密

        storeStateArray(state, pos);  // 保存明文数据
        pos += BLOCKSIZE;  // 输出数据内存指针移位分组长度
        ct += BLOCKSIZE;   // 输入数据内存指针移位分组长度
        rk = aesKey.dK;    // 恢复rk指针到秘钥初始位置
    }
    return 0;
}

使用方法:

#include <stdio.h>
// 方便输出16进制数据
void printHex(uint8_t *ptr, int len, char *tag) {
    printf("%s\ndata[%d]: ", tag, len);
    for (int i = 0; i < len; ++i) {
        printf("%.2X ", *ptr++);
    }
    printf("\n");
}

int main() {

    // case 1
    const uint8_t key[16] = {0x2b, 0x7e, 0x15, 0x16, 0x28, 0xae, 0xd2, 0xa6, 0xab, 0xf7, 0x15, 0x88, 0x09, 0xcf, 0x4f, 0x3c};
    const uint8_t pt[16]={0x32, 0x43, 0xf6, 0xa8, 0x88, 0x5a, 0x30, 0x8d, 0x31, 0x31, 0x98, 0xa2, 0xe0, 0x37, 0x07, 0x34};
    uint8_t ct[16] = {0};     // 外部申请输出数据内存，用于加密后的数据
    uint8_t plain[16] = {0};  // 外部申请输出数据内存，用于解密后的数据

    aesEncrypt(key, 16, pt, ct, 16); // 加密
    printHex(pt, 16, "plain data:"); // 打印初始明文数据
    printf("expect cipher:\n39 25 84 1D 02 DC 09 FB DC 11 85 97 19 6A 0B 32\n");  // 正常解密后的数据内容

    printHex(ct, 16, "after encryption:");  // 打印加密后的密文

    aesDecrypt(key, 16, ct, plain, 16);       // 解密
    printHex(plain, 16, "after decryption:"); // 打印解密后的明文数据

    // case 2
    // 16字节字符串形式秘钥
    const uint8_t key2[]="1234567890123456";
    // 32字节长度字符串明文
    const uint8_t *data = (uint8_t*)"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz123456";  
    uint8_t ct2[32] = {0};    //外部申请输出数据内存，用于存放加密后数据
    uint8_t plain2[32] = {0}; //外部申请输出数据内存，用于存放解密后数据
    //加密32字节明文
    aesEncrypt(key2, 16, data, ct2, 32); 

    printf("\nplain text:\n%s\n", data);
    printf("expect ciphertext:\nfcad715bd73b5cb0488f840f3bad7889\n");
    printHex(ct2, 32, "after encryption:");
    
    // 解密32字节密文
    aesDecrypt(key2, 16, ct2, plain2, 32);  
    // 打印16进制形式的解密后的明文
    printHex(plain2, 32, "after decryption:"); 

    // 因为加密前的数据为可见字符的字符串，打印解密后的明文字符，与加密前明文进行对比
    printf("output plain text\n");
    for (int i = 0; i < 32; ++i) {
        printf("%c ", plain2[i]);
    }

    return 0;
}