什么是AES加密？详解AES加密算法原理流程

Posted 2023-04-01 哈客部落

在密码学中，加密算法分为双向加密和单向加密。单向加密包括MD5、SHA等摘要算法，它们是不可逆的。双向加密包括对称加密和非对称加密，对称加密包括AES加密、DES加密等。双向加密是可逆的，存在密文的密钥。AES算法是DES算法的替代者，也是现在最流行的加密算法之一。下面给大家介绍什么是AES加密算法，以及AES加密算法的原理和流程。

什么是AES加密算法

AES是高级加密标准，在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，目前已经被全世界广泛使用，同时AES已经成为对称密钥加密中最流行的算法之一。AES支持三种长度的密钥：128位，192位，256位。

AES加密算法原理

1.密钥

密钥是AES算法实现加密和解密的根本。对称加密算法之所以对称，是因为这类算法对明文的加密和解密需要使用同一个密钥。

AES支持三种长度的密钥：128位，192位，256位

平时大家所说的AES128，AES192，AES256，实际上就是指的AES算法对不同长度密钥的使用。

2.填充

要想了解填充的概念，我们先要了解AES的分组加密特性。什么是分组加密呢？我们来看看下面这张图：AES算法在对明文加密的时候，并不是把整个明文一股脑加密成一整段密文，而是把明文拆分成一个个独立的明文块，每一个明文块长度128bit。

这些明文块经过AES加密器的复杂处理，生成一个个独立的密文块，这些密文块拼接在一起，就是最终的AES加密结果。

假如一段明文长度是192bit，如果按每128bit一个明文块来拆分的话，第二个明文块只有64bit，不足128bit。这时候怎么办呢？就需要对明文块进行填充（Padding）。

填充涉及以下三种填充模式：

 

NoPadding：不做任何填充，但是要求明文必须是16字节的整数倍。

PKCS5Padding（默认）：如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符，且每个字节的值等于缺少的字符数。

比如明文：1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,缺少6个字节，则补全为1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6

ISO10126Padding：如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字节，最后一个字符值等于缺少的字符数，其他字符填充随机数。

比如明文：1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,缺少6个字节，则可能补全为1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6

AES算法流程

AES加密算法涉及4种操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。下图给出了AES加解密的流程，从图中可以看出：

1、解密算法的每一步分别对应加密算法的逆操作；

2、加解密所有操作的顺序正好是相反的。正是由于这几点（再加上加密算法与解密算法每步的操作互逆）保证了算法的正确性。加解密中每轮的密钥分别由种子密钥经过密钥扩展算法得到。算法中16字节的明文、密文和轮子密钥都以一个4x4的矩阵表示。

 

AddRoundKey （轮密钥加）— 矩阵中的每一个字节都与该次轮密钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。

SubBytes（字节替代） — 通过非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。

ShiftRows（行移位） — 将矩阵中的每个横列进行循环式移位。

MixColumns （列混淆）— 为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每列的四个字节。

以上为AES在加密中的大致流程。

附上一个在线加密解密的网站：https://md5.cn/

总而言之，AES是用来替代DES的新一代加密标准，具有128bit的分组长度，支持128、192和256比特的密钥长度，它是目前最流行的加密算法之一。上文介绍了AES加密算法的原理和流程，更多关于加密算法的内容，后期会继续更新。

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