AES加密：行优先与列优先顺序，线性数组如何实现行移位？

你完全不需要必须创建二维数组，用一维数组就能实现AES的列优先结构操作，核心是搞清楚一维数组索引和4x4矩阵行列的映射关系。

列优先结构的索引映射逻辑 #

AES的16字节块采用列优先存储到一维数组中，对应关系如下：

• 矩阵第0列：数组索引 0, 4, 8, 12（对应矩阵行0到行3）
• 矩阵第1列：数组索引 1, 5, 9, 13
• 矩阵第2列：数组索引 2, 6, 10, 14
• 矩阵第3列：数组索引 3, 7, 11, 15

换句话说，矩阵中行row、列col的元素，对应一维数组的索引公式是：col * 4 + row。

一维数组实现行移位（Shift Rows） #

行移位的规则是对矩阵每行做循环左移，对应到一维数组的操作如下：

• 第0行：无移位，数组索引0,4,8,12的元素位置不变
• 第1行：循环左移1位，交换索引1↔5↔9↔13的元素顺序
• 第2行：循环左移2位，交换索引2↔10、6↔14的元素
• 第3行：循环左移3位（等价于右移1位），交换索引3↔11↔15↔7的元素顺序

直接用JS代码实现的话，示例如下：

function shiftRows(state) {
  const newState = [...state]; // 避免修改原数组
  
  // 处理第1行左移1位
  newState[1] = state[5];
  newState[5] = state[9];
  newState[9] = state[13];
  newState[13] = state[1];
  
  // 处理第2行左移2位
  newState[2] = state[10];
  newState[6] = state[14];
  newState[10] = state[2];
  newState[14] = state[6];
  
  // 处理第3行左移3位
  newState[3] = state[11];
  newState[7] = state[15];
  newState[11] = state[3];
  newState[15] = state[7];
  
  return newState;
}

额外说明 #

如果觉得索引映射容易混淆，也可以临时把一维数组转换成二维数组处理，完成行移位后再转回一维，但直接操作一维数组在性能上更高效，也符合AES算法的底层实现逻辑。

你提到的结构图示：

内容的提问来源于stack exchange，提问作者suchislife801