引言

AES (Advanced Encryption Standard) 是一种对称加密算法，它被广泛用于保护数据的机密性。在 Golang 中，我们可以使用标准库中的 crypto/aes 包来实现 AES 加密和解密。

AES 密钥扩展

AES 密钥扩展是 AES 算法中一个重要的步骤，它负责将原始密钥转换为一系列轮密钥，每个轮密钥用于不同的轮加密操作。AES 密钥扩展算法的核心是 Rijndael 密钥扩展算法，它通过迭代运算产生轮密钥。

密钥扩展的实现

在 Golang 中，我们可以使用 aes.KeyExpansion 函数来实现 AES 密钥扩展。该函数接受一个长度为 16、24 或 32 字节的密钥，并返回一个包含所有轮密钥的切片。

首先，我们需要将输入密钥拆分成子密钥 W[0]、W[1]、...、W[Nk-1]。其中，Nk 表示密钥长度除以 4 的结果（例如，如果密钥长度为 16 字节，则 Nk=4）。

然后，我们通过迭代运算生成轮密钥。对于 Rijndael 算法而言，每个轮密钥的长度与输入密钥的长度相同。具体而言，当 Nk=4 时，每个轮密钥的长度为 16 字节。

密钥扩展的迭代运算

密钥扩展的迭代运算可以分为三个步骤：字循环、字替换和轮混合。

首先，进行字循环操作。对于 Rijndael 算法而言，该操作将子密钥的最后一个字旋转到第一个字的位置上。例如，如果 W[i-1]=[a, b, c, d]，则经过字循环操作后，W[i] 的值为 [b, c, d, a]。

然后，进行字替换操作。字替换操作将 W[i] 中的每个字使用 S 盒进行替换。S 盒是一个固定的 16×16 的字节表，其中记录了特定字节输入和输出之间的映射关系。

最后，经过轮混合操作，将字循环和字替换后的结果与一个轮常量进行异或运算。轮常量是一个与轮数相关的固定字节值。

总结

通过使用 Golang 中的 aes.KeyExpansion 函数，我们可以方便地实现 AES 密钥扩展。密钥扩展是 AES 算法中的一个重要步骤，它负责产生一系列轮密钥，用于不同的轮加密操作。密钥扩展的迭代运算使用了字循环、字替换和轮混合等操作，以生成每个轮密钥。

了解 AES 密钥扩展的原理和实现，有助于我们更好地理解 AES 加密算法的内部结构，并应用于实际开发中的数据保护需求。