对称密码是现代密码学中的一个重要分支,其诞生和发展有着广泛的使用背景和重要的理论价值。目前这一领域还有许多理论和实际问题有待继续研究和完善。这些问题包括:如何设计可证明安全的密码算法;如何加强现有算法及其工作模式的安全性;如何测试密码算法的安全性;如何设计安全的密码组件,例如S-盒、扩散层及密钥扩展算法等。目前分组密码所采用的整体结构可分为Feistel 结构(如CAST-256、DEAL、DFC、E2 等)、SP 网络(如Safer+、Serpent 等)及其他密码结构(例如Frog 和HPC)。Feistel 结构最大的优点是容易保证加解密的相似性;SP 网络则是扩散性能比较好。AES 沿袭了SQUARE 的特点采用了SP 网络结构,并在加解密过程大量使用矩阵运算,这样做使得加密和解密过程略有不同,但大幅提高了算法实现的效率。虽然AES 的设计在分组密码系统的发展上有了一个质的飞跃,然而目前仍有研究和改进的空间。AES 在多种平台上实现的效率有待进一步提高,同时新的加解密工作模式也有待研究。本论文简单介绍了对称密码学的部分基本知识和AES 算法的工作过程,根据AES 算法大量矩阵运算的的特点,改进了传统的基于查表运算提高加解密速度的方法,给出了其在时间和空间上的优化实现:该算法的时间优化能够提高AES 算法的加解密速度,空间优化能在提高速度的前提下节省存储上的开销;同时提出了S 盒在硬件平台上生成的高效方法。另外,AES 的工作模式也是目前研究的热点之一。论文作者利用Rijndael 算法在分组长度和密钥长度上的灵活性,设计了一种基于随机分组的加解密工作模式,这种工作模式能够提高Rijndael 算法工作的安全性;论文中证明了在目前应用的消息长度下,完全解密这种模式是不可能事件;该模式还可与CFB、CBC等原有模式组合,在保持原有模式优势的基础上大大增加安全性;另外,本论文分析了这种模式的其它特性,对这种工作模式的应用环境提出了建议。