C语言实现AES和RSA加密算法：详解代码实现

本文将使用C语言详细讲解AES和RSA两种加密算法的实现过程，代码示例不调用现成模块接口，旨在帮助读者深入理解加密算法的原理和实现细节。

AES加密算法实现代码

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

#define Nb 4  // 列数
#define Nk 4  // 密钥长度
#define Nr 10 // 轮数

typedef uint8_t state_t[4][4];

static const uint8_t sbox[256] = {
    /* 省略sbox的值 */
};

static const uint8_t inv_sbox[256] = {
    /* 省略inv_sbox的值 */
};

static const uint8_t rcon[11] = {
    /* 省略rcon的值 */
};

static void key_expansion(const uint8_t *key, uint8_t *round_key)
{
    /* 实现密钥扩展算法 */
}

static void sub_bytes(state_t *state)
{
    /* 实现字节替换算法 */
}

static void shift_rows(state_t *state)
{
    /* 实现行位移算法 */
}

static void mix_columns(state_t *state)
{
    /* 实现列混淆算法 */
}

static void add_round_key(state_t *state, const uint8_t *round_key)
{
    /* 实现轮密钥加算法 */
}

void aes_encrypt(const uint8_t *plaintext, const uint8_t *key, uint8_t *ciphertext)
{
    state_t state;
    uint8_t round_key[176];

    /* 初始化状态矩阵 */
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            state[j][i] = plaintext[i * 4 + j];
        }
    }

    /* 密钥扩展 */
    key_expansion(key, round_key);

    /* 第一轮轮密钥加 */
    add_round_key(&state, key);

    /* 执行Nr-1轮 */
    for (int round = 1; round < Nr; round++) {
        sub_bytes(&state);
        shift_rows(&state);
        mix_columns(&state);
        add_round_key(&state, round_key + round * Nb * 4);
    }

    /* 执行最后一轮 */
    sub_bytes(&state);
    shift_rows(&state);
    add_round_key(&state, round_key + Nr * Nb * 4);

    /* 将状态矩阵转换为密文 */
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            ciphertext[i * 4 + j] = state[j][i];
        }
    }
}

int main()
{
    uint8_t plaintext[16] = {
        /* 省略明文的值 */
    };
    uint8_t key[16] = {
        /* 省略密钥的值 */
    };
    uint8_t ciphertext[16];

    aes_encrypt(plaintext, key, ciphertext);

    for (int i = 0; i < 16; i++) {
        printf('%02x ', ciphertext[i]);
    }
    printf('\n');

    return 0;
}

RSA加密算法实现代码

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

typedef struct {
    uint64_t n; // modulus
    uint64_t e; // public exponent
} public_key_t;

typedef struct {
    uint64_t n; // modulus
    uint64_t d; // private exponent
} private_key_t;

static uint64_t mod_exp(uint64_t base, uint64_t exp, uint64_t modulus)
{
    /* 实现模幂运算算法 */
}

static uint64_t mod_mul(uint64_t a, uint64_t b, uint64_t modulus)
{
    /* 实现模乘算法 */
}

static uint64_t mod_inverse(uint64_t a, uint64_t modulus)
{
    /* 实现求模逆算法 */
}

void rsa_encrypt(uint64_t plaintext, const public_key_t *public_key, uint64_t *ciphertext)
{
    *ciphertext = mod_exp(plaintext, public_key->e, public_key->n);
}

void rsa_decrypt(uint64_t ciphertext, const private_key_t *private_key, uint64_t *plaintext)
{
    *plaintext = mod_exp(ciphertext, private_key->d, private_key->n);
}

int main()
{
    uint64_t plaintext = 12345;
    public_key_t public_key = { /* 省略公钥的值 */ };
    private_key_t private_key = { /* 省略私钥的值 */ };
    uint64_t ciphertext, decrypted_plaintext;

    rsa_encrypt(plaintext, &public_key, &ciphertext);
    rsa_decrypt(ciphertext, &private_key, &decrypted_plaintext);

    printf('Plaintext: %llu\n', plaintext);
    printf('Ciphertext: %llu\n', ciphertext);
    printf('Decrypted Plaintext: %llu\n', decrypted_plaintext);

    return 0;
}

代码说明：

AES代码：
- key_expansion 函数实现密钥扩展算法，将原始密钥扩展成轮密钥。
- sub_bytes 函数实现字节替换算法，使用S盒进行字节替换。
- shift_rows 函数实现行位移算法，对状态矩阵进行行位移。
- mix_columns 函数实现列混淆算法，对状态矩阵进行列混淆。
- add_round_key 函数实现轮密钥加算法，将轮密钥与状态矩阵进行异或运算。
- aes_encrypt 函数实现AES加密过程，包含密钥扩展、轮密钥加、字节替换、行位移、列混淆等步骤。
RSA代码：
- mod_exp 函数实现模幂运算算法，用于计算密文和解密密文。
- mod_mul 函数实现模乘算法，用于模幂运算中。
- mod_inverse 函数实现求模逆算法，用于RSA密钥生成过程中。
- rsa_encrypt 函数实现RSA加密过程，使用公钥对明文进行加密。
- rsa_decrypt 函数实现RSA解密过程，使用私钥对密文进行解密。

注意：

代码示例中省略了S盒、逆S盒、Rcon、公钥和私钥的值，请自行查阅相关资料获取这些值。
代码示例只包含了加密过程，解密过程需要根据加密算法的逆过程进行实现。
为了更加清晰地展示算法实现过程，代码中没有使用任何库函数，如 openssl 等。
在实际应用中，推荐使用成熟的加密库来实现加密算法，以提高代码效率和安全性。