Rijndael在2000年被确定为美国高级加密标准(AES)，现在已成为商业数据加密的国际标准。AES(Advanced Encryption Standard)的密码分析和应用研究已越来越受到人们的重视。由于传统的IC卡预付费表计存在不足，市场急需预付费代码表计，该表计的关键技术是短分组加密技术。此短分组加密技术可以实现短分组的十进制密文表示最大信息量，这是已有加密算法无法做到的。在国民经济的一些应用(如预付费代码表计)中对密文就有如此要求，购买信息的密文为固定长度的12、16位等十进制数，并由人传送和输入。进制转换是很容易实现的，但通过进制转换得到的固定长度密文不能表示最大信息量。因此研究短分组加密及应用中的关键技术问题是预付费代码表计行业所急需的，对国民经济的发展具有重要意义。本文详细介绍了AES的设计原理和代数性质，首先概括介绍了AES的分析及研究现状，给出了S盒及逆S盒的代数表达式、S盒布尔置换的代数性质及S盒仿射变换的性质。并提出了构造S盒的改进方案，新方案构造的S盒在仿射变换对周期、迭代输出周期、S盒及逆S盒代数表达式项数、平衡性、严格雪崩准则、非线性度、抗代数攻击阻力等10种代数性质上具有更好的性质。然后研究了AES的积分攻击和代数攻击。针对AES具有Square密码结构的特点研究了4轮、5轮及6轮Square攻击，并将6轮Square攻击应用于7轮Square攻击中。在Square攻击的基础上，研究了7轮Rijndael-128／192密钥相关攻击和9轮Rijndael-128／256密钥相关攻击，并详细分析了攻击过程及攻击复杂度。研究了AES在GF(2)及GF(2~8)上的MQ方程组，分析了针对此MQ方程组的XSL攻击方法，对BES攻击方法提出了质疑并给出了AES在GF(2~8)上的另一MQ表不。最后介绍了基于AES的短分组加密算法，并提出了构造短分组加密算法S盒的改进方案，将新方案构造的S盒应用于加密仿真系统中，系统的安全性得到明显提高。