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什么是AES加密?详解AES加密算法原理流程

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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