AES加密算法荐

1、AES简介

AES(Advanced Encryption Standard),全称:高级加密标准,是一种最常见的对称加密算法(微信小程序加密传输就是用这个L @ 8 ? r X加密算法的)。

2、AES具体的加密流程介绍:

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1)明文P:没有经过加密的数据

2)密钥K% 5 | e n R 7 Q o
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v + ! `络上传输,否则会导致密钥泄漏,通常是通过非对称a m ! } p s F n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**r q _ D*者还原密文,窃取] 2 r 5 8机密数据

3)AES加密函数
经加密函数处理后的数据

4)AES解密函数
设AESh 5 K q ~ # ~解密函数为D,则 P = D(K6 n c C ; E ; H, C),其中C; n _ * w t ?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。

3、对称加密x H A算法与非对称加密算法的区别:

1)对称加密算法
加密和解密用到的密钥U q p u是相同的,这种加密方式加密速度非常快,适合F R A @ T /经常发送数据的场合。缺点是密钥的传输比较麻烦。

2)非对称加密算法
加密和解密用的密钥是不同的,这T Q _ D / ) `种加密方式是用数学上的难解问题构造的,通常加密解密的速度比较慢,适合偶尔发送数据的场合。H + ] } } w l Z (优点是密钥传输方便。常见的非对称加密算法为RSA、ECC和EIGamal。
实际中,一般是通过RSA加密AES的密钥,p 6 7 U d传输到接收方,接收方解密得到AES密钥,然后发送方和接收方用AES密钥来通信。

4、AES的基本结构

AES为分组密码,分组密码也就是把明文分成一组一组的,每组长度相等,每次加密一组数| d a % X -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q L Z k b T y P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^ ^ L 4 ~ N或256位。

5、AES. n M g128的实现原理

AES-128,也就是密钥的长度为128位,加密轮数为10轮。AES的加密公式为C = E(K,P),在加密函数E中,会执行一个轮函数,并且执行10次这个轮函数,这个轮函数的前9次执行的操作是一样的,只有第10次有所不同。4 C y =也就是说Q ( - G H . U b M,一个明文分组会被加密10轮。AES的核心就是实现一% & Q 4 X )轮中的所有操作。

AES的处理9 & ! k 1 I m } =单位是字节,128位的输入明文分组P和输入密钥K都被分成16个字节,分别记为P = P0 P1 … P15 和 K = K0 K1 … K15。如,明文分组为P = abcdefghijklmnop,其中的字符a对应P0,p对应P15。

一般地,明文分组用字节为单位的正方形矩阵描述,称为状态矩阵。在算法的每一轮中,状态矩阵的内容不断发生变化,最后的结果作为密文输出。该Y 6 5 Y .矩阵中字节的排列顺序为从上到下、从左至右依次排列,如下图所示:

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现在假设明文分组P为”abcdefghijklmnop”,则对应上面生成的状态矩阵图如下:

![4 v P g U | q ^](https://s4.51cto.com/images/blog/202011/26/106e2c2c614ddfaa4d6d8e9b5614bee7.png)

类似地,1= c a28位密钥也是用字节为单位的矩阵表示h h e w !,矩阵的每一列被称为1个32位比特字(一个 ( ` q 0 ` 4 9 @单元格是8位,4个单元格32. y $ I H z A k s位)。

通过密钥编排函数该密钥矩阵被扩展成一个44个字组成的序列W[0],W[1], …

W[43],该序列的前4个元素W[0],W[1],W[2],W[3]是原始密钥,用于加密运算 中的 初始密钥加x @ : M ^ f b E(下面介1 N N E = $绍);后面40个字分| I G为10组x O j O j,每组4个字(4*32=128比7 B s特)分别用于10轮加密运算中的轮密钥加,如下图所示:

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} . O d s R h _ T图中,设明文K = “abcdefghijklmnop”,则K0 = a, K1= & z q5 = p, W[0] = K0 K1 K2 K3 = “abcd”。

AES的整体结构如下图所示,其中的W[0,3]是指W[0]、W[1]、W[2]和W[3]串联组成的128位1 l q G / O I密钥。加密的第1轮到第9轮的轮函数一样,包括4个操作:字节代换、行位移、S w |列混合和轮密钥加。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。

上图也展示了AES解密过程(左边为加密,右边逆为解密),解密过程仍为10轮,每一轮H a r V 4 W F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p O J e y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5 , n 1 g h $ 5密钥加操作。
AES中一轮的4个操作:

1C W N r _ l N F)字节代换
a)字节代换操作
AES的字节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
b)字节代换逆操作
逆字节代换也就是查逆S盒来变换;

2)行移位
a)行移位操作
行移位是一个简单的左循环移位操作
BJ L % . M)行移位的逆变换
行移位的逆变换是将状态矩阵中的每一行执行相反的移位操作

3)列混合
a)列混合操作
混合变换是通过矩阵相乘来实现的,经行移位I $ O :后的状y d % 8态矩阵与 固定的矩阵相乘,得到淆后的状态矩阵
b)列混合逆运算
逆变换矩阵同正变换矩阵的乘x # J } t , i 5积恰好为单位矩阵

4)轮密钥加
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。

6、在eclipse中分析AES算法

1)在这里中分析这几个方法:
Init~ f ] a g ; Q #key:生成密钥
Encrypt:加密数据
Decrypt:解密数据

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2、分析AES类的java代码
涉及到的几个几个重要的方法:
getIn} r + ^ x w @sta) 1 c 9 , B 0nce:实例化所需算法
generateKeyu a X ? _:生成秘密密钥
getEncoded:获取二进制密钥编码形式
SecretKeySpec:实例化密钥材料

小结

1、介绍AES相关的算法以及实现原理。
2、在eclipse中分q ^ b 0 c X析了AES算法的代码。