AES_1">1. AES简介
AES_3">1.1 AES算法的历史背景
AES算法，全称为Advanced Encryption Standard（高级加密标准），是由美国国家标准与技术研究所（NIST）于2001年正式采纳的一种对称密钥加密标准。它的前身是DES（Data Encryption Standard）算法，由于DES的密钥长度较短（56位有效密钥），在计算能力迅速提升的背景下，其安全性受到了挑战。
AES的选定过程是公开和透明的，NIST在全球范围内征集候选算法，最终比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计的Rijndael算法胜出。AES算法不仅安全性高，而且在各种硬件和软件平台上都表现出了优异的性能。
AES_8">1.2 AES算法的应用领域
- 网络安全：AES常用于保护网络传输的数据，如VPN和SSL/TLS协议中的数据加密。
- 数据存储：在数据库和文件系统中，AES用于加密敏感数据，防止未授权访问。
- 移动设备：智能手机、平板电脑等移动设备中的数据保护常采用AES算法。
- 电子商务：在线交易中，AES用于确保交易数据的安全性。
- 政府和军事：在需要高安全性的政府和军事通信中，AES算法被广泛采用。
AES_17">2. AES加解密流程图
AES_32">2. AES算法原理
AES_34">2.1 AES加密过程
AES加密算法是一种对称加密算法，其加密过程包括几个关键步骤：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）、和轮密钥加（AddRoundKey）。以下是AES加密过程的详细描述：
- 初始化：将明文分割成128位（16字节）的块，并将初始轮密钥准备好。
- 轮密钥加：将明文块与初始轮密钥进行按位异或操作。
- 字节替代：使用AES的S盒，将每个字节替换为对应的值。
- 行移位：对状态矩阵的每一行进行循环左移。
- 列混淆：使用特定的矩阵乘法对每一列进行混淆。
- 轮密钥加：再次与轮密钥进行按位异或操作。
- 迭代：重复步骤3到6，进行多轮加密，轮数取决于密钥长度。
- 最终轮：执行字节替代、行移位和轮密钥加，但不进行列混淆。
以下是使用Python实现AES加密的示例代码：
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad# 明文和密钥
plaintext = b'This is a secret message that needs to be encrypted.'
key = b'Sixteen byte key'# 创建加密器
cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)
# 加密数据
ciphertext = cipher.encrypt(pad(plaintext, AES.block_size))print('Encrypted:', ciphertext)
AES_77">2.2 AES解密过程
AES解密过程是加密过程的逆操作，包括逆字节替代、逆行移位、逆列混淆和轮密钥加。以下是解密过程的详细描述：
- 初始化：准备密文块和解密轮密钥。
- 逆轮密钥加：将密文块与解密轮密钥进行按位异或操作。
- 逆列混淆：对状态矩阵的每一列进行逆混淆操作。
- 逆行移位：对状态矩阵的每一行进行逆循环左移。
- 逆字节替代：使用逆S盒，将每个字节还原为原始值。
- 迭代：重复步骤3到5，进行多轮解密，轮数与加密时相同。
- 最终轮：执行逆列混淆、逆行移位和逆轮密钥加。
以下是使用Python实现AES解密的示例代码：
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import unpad# 密文和密钥
ciphertext = b'...' # 此处应为加密后得到的密文
key = b'Sixteen byte key'# 创建解密器
cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)
# 解密数据
plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)
# 去除填充
plaintext = unpad(plaintext, AES.block_size)print('Decrypted:', plaintext)
请注意，实际使用中应避免使用ECB模式，因为它不提供模式下的安全性。建议使用CBC、CFB或其他更安全的模式。此外，密钥长度应根据安全需求选择128位、192位或256位。
