AES加密算法全称是Advanced Encryption Standard(高级加密标准),是最为常见的对称加密算法之一。

AES具体的加密流程介绍

下面简单介绍下各个部分的作用与意义:

  • 明文P

没有经过加密的数据。

  • 密钥K

用来加密明文的密码,在对称加密算法中,加密与解密的密钥是相同的。密钥为接收方与发送方协商产生,但不可以直接在网络上传输,否则会导致密钥泄漏,通常是通过非对称加密算法加密密钥,然后再通过网络传输给对方,或者直接面对面商量密钥。密钥是绝对不可以泄漏的,否则会被攻击者还原密文,窃取机密数据。

  • AES加密函数

设AES加密函数为E,则 C=E(K+P),其中P为明文,K为密钥,C为密文。也就是说,把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入,则加密函数E会输出密文C。

  • 密文C

经加密函数处理后的数据。

  • AES解密函数

设AES解密函数为D,则 P=D(K+C),其中C为密文,K为密钥,P为明文。也就是说,把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入,则解密函数会输出明文P。

AES加密方法

AES为分组加密,分组加密也就是把明文分成一组一组的,每组的长度相等,每次加密一组数据,直到加密完整个明文。

在AES标准规范中,分组长度只能是128位,也就是说,每个分组为16个字节,每个字节8位,密钥的长度可以使用128位、192位或者258位。密钥的长度不同,推荐加密轮数也不同,比如AES-128也就是密钥的长度为128位,加密轮数为10轮,AES-192为12轮,AES-256为14轮。

以AES-128为例,加密中一轮的4个操作:字节代换、行位移、列混合、轮密钥加

  1. 字节代换:AES的字符代换其实就是一个简单的查表操作,AES定义了一个S盒和一个逆S盒。

  2. 行位移:就是一个简单的左循环移位操作。

  3. 列混合:是通过矩阵相乘来实现的,经过移位后的状态矩阵与固定的矩阵相乘,得到混淆后的状态矩阵。

  4. 轮密钥加:是将128位轮密钥Ki同状态矩阵中的数据进行逐位异或操作。

其中第1轮到第9轮的轮函数一样,最后一轮迭代不执行列混合,另外,在第一轮迭代之前,先将明文和原始密钥进行一次异或加密操作。

解密过程仍为10轮,每一轮的操作是加密操作的逆操作。由于AES的4个轮操作都是可逆的,因此,解密操作的一轮就是顺序执行逆行移位、逆字节代换、轮密钥加和逆列混合。同加密操作类似,最后一轮不执行逆列混合,在第1轮解密之前,要执行1次密钥加操作。

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