SAES (Simplified AES) 优化版本

项目简介

这是一个优化后的简化AES（SAES）加密算法实现。SAES是一个教学用的简化版AES算法，使用16位数据块和16位密钥。

主要优化点

1. 代码结构优化

   • 模块化设计，将功能分离到不同的工具类
   • 统一的工具类（GF2_4、KeyExpansion、MatrixUtils、ConversionUtils）
   • 核心算法封装在SAESCore类中

2. 代码质量提升

   • 完善的错误处理和输入验证
   • 详细的JavaDoc注释
   • 清晰的变量命名和代码组织

3. 性能优化

   • 使用对数表加速GF(2^4)乘法运算
   • 减少不必要的字符串操作
   • 优化矩阵操作

4. 功能完整性

   • 支持二进制文本加密解密
   • 支持ASCII文本加密解密
   • 完整的测试用例

项目结构

SAES_Optimized/
├── src/
│   └── saes/
│       ├── core/
│       │   └── SAESCore.java          # 核心加密解密算法
│       ├── utils/
│       │   ├── GF2_4.java             # GF(2^4)有限域运算
│       │   ├── KeyExpansion.java      # 密钥扩展
│       │   ├── MatrixUtils.java       # 矩阵操作工具
│       │   └── ConversionUtils.java   # 数据转换工具
│       ├── test/
│       │   └── SAESTest.java          # 测试类
│       └── SimplifiedAES.java         # 主类，提供加密解密接口
└── README.md

使用方法

基本用法

import saes.SimplifiedAES;

// 二进制加密解密
String key = "2D55";
String plaintext = "0000000000000000";
String ciphertext = SimplifiedAES.encryptBinary(plaintext, key);
String decrypted = SimplifiedAES.decryptBinary(ciphertext, key);

// ASCII文本加密解密
String asciiPlaintext = "Hello, SAES!";
String asciiCiphertext = SimplifiedAES.encryptASCII(asciiPlaintext, key);
String asciiDecrypted = SimplifiedAES.decryptASCII(asciiCiphertext, key);

运行测试

# 编译
javac -d bin -sourcepath src src/saes/**/*.java

# 运行主程序
java -cp bin saes.SimplifiedAES

# 运行测试
java -cp bin saes.test.SAESTest

API说明

SimplifiedAES类

静态方法

• encryptBinary(String plaintext, String key) - 加密16位二进制文本
• decryptBinary(String ciphertext, String key) - 解密16位二进制文本
• encryptASCII(String plaintext, String key) - 加密ASCII文本
• decryptASCII(String ciphertext, String key) - 解密ASCII文本

参数说明

• plaintext/ciphertext:
  • 二进制模式：16位二进制字符串（如 "0000000000000000"）
  • ASCII模式：任意长度的ASCII字符串
• key: 4位十六进制密钥（如 "2D55"）

算法说明

SAES算法流程：

1. 密钥扩展：将16位密钥扩展为6个8位子密钥
2. 初始轮密钥加：明文与初始密钥异或
3. 第一轮：
   • 半字节代替（S-box）
   • 行位移
   • 列混淆
   • 轮密钥加
4. 第二轮：
   • 半字节代替（S-box）
   • 行位移
   • 轮密钥加

解密过程是加密过程的逆操作。

测试结果

运行 SAESTest 类可以执行以下测试：

• 基本二进制加密解密
• ASCII文本加密解密
• 不同密钥测试
• 长文本加密解密
• 边界情况测试

注意事项

1. 密钥必须是4位十六进制字符串（0-9, A-F）
2. 二进制明文/密文必须是16位
3. ASCII文本会自动按16位块分组处理
4. 输入验证失败会抛出 IllegalArgumentException

版本信息

• 版本：1.0.0
• 作者：优化版本
• 日期：2025

许可证

本项目仅用于教学和学习目的。