AES（Advanced Encryption Standard）是一种广泛使用的对称密钥加密算法，它是美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年制定的加密标准，用于替代原有的DES（Data Encryption Standard）。AES算法以其高效性、安全性和可靠性而著称，在众多应用领域中被广泛应用，如数据存储、通信加密、物联网设备保护等。
对称加密：AES是一种对称加密算法，意味着加密和解密使用的是同一把密钥。
分组密码：AES处理固定长度的数据块（分组），无论密钥长度如何，分组大小始终为128位（16字节）。
密钥长度：AES支持三种密钥长度：128位、192位和256位。更长的密钥长度通常对应更高的安全性，但也会增加一定的计算复杂度。
迭代结构：AES的加密过程包括若干轮次的重复操作，每一轮包括四个步骤：字节代换（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混合（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。其中，最后一个轮次不执行MixColumns操作。
安全性能：AES设计上具有很高的抗攻击能力，包括差分密码分析和线性密码分析。
工作模式：AES可以配合不同的工作模式以适应不同场景的需求，例如ECB（Electronic Codebook）、CBC（Cipher Block Chaining）、CFB（Cipher Feedback）、OFB（Output Feedback）和CTR（Counter）等模式。
广泛应用：AES因其标准化和高性能，被广泛应用于各种软件系统、硬件设备和网络协议中，确保数据的安全传输和存储。
加密流程：加密过程从原始明文开始，经过多个迭代轮次的操作，最终得到密文输出。解密过程则与加密过程相反，同样经过相同数量的轮次操作，但操作顺序稍有调整，使用相同的密钥能够恢复出原始明文。
AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是一种基于置换-置换网络（SPN，Substitution-Permutation Network）架构的分组密码算法。
其加密过程主要由以下几个核心组成部分组成：
字节代换（SubBytes）: AES首先将128位的数据（即一个分组）中的每个字节都映射到一个新的字节，这个过程类似于一个查找表（S-box，Substitution Box）操作，用于增加非线性特性，对抗密码分析中的统计分析方法。
行移位（ShiftRows）: 字节代换之后，AES会对分组内部的字节进行行移位操作。这意味着每一行的数据将会根据固定的偏移量向左移动，增强数据之间的关联性，使得每个字节不仅依赖于自己的原始位置，还依赖于整个分组中的其他字节。
列混淆（MixColumns）: 在某些轮次中（除了最后一轮），AES会对每个列进行线性变换，使用固定的乘法操作在有限域GF(2^8)上进行。这一步骤增强了扩散性，确保对一个比特的改变会影响到多个输出比特，提高了抵抗差分和线性密码分析的能力。
轮密钥加（AddRoundKey）: 在每一轮的开始和结尾，AES都会将当前轮的子密钥与当前的数据分组进行异或操作。这种简单的操作是为了将密钥信息与明文混合，形成密文。
AES加密算法包括多个轮次的迭代，上述四步在每一轮中都会执行，只有最后一轮略有差异，不执行列混淆操作。每个轮次之间，子密钥是通过对原始密钥进行特定的密钥调度算法得出的。
总之，AES的设计旨在提供足够的扩散和混淆，使得在不知道密钥的情况下，即便知道明文和密文也无法轻易推导出密钥，确保了数据的安全性。
以下是一个使用Java内置的JCE（Java Cryptography Extension）库实现AES加密的简单示例。这个例子使用了AES/CBC/PKCS5Padding模式进行加密，同时也展示了如何生成密钥和初始化向量（IV）。
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.Key;
import java.util.Base64;
public class AESSample {
private static final String ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding";
private static final byte[] keyValue = "YourSecretKey32CharactersLong".getBytes(); // 必须为16字节（128位）、24字节（192位）或32字节（256位）
private static final byte[] ivBytes = "InitialVector16CharactersLong".getBytes(); // 必须为16字节
public static String encrypt(String plainText) throws Exception {
Key key = generateKey();
Cipher ciper = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(ivBytes);
ciper.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, ivSpec);
byte[] encryptedBytes = ciper.doFinal(plainText.getBytes("UTF-8"));
return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
}
public static String decrypt(String cipherText) throws Exception {
Key key = generateKey();
Cipher ciper = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(ivBytes);
ciper.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, ivSpec);
byte[] decodedCipherText = Base64.getDecoder().decode(cipherText);
byte[] decryptedBytes = ciper.doFinal(decodedCipherText);
return new String(decryptedBytes, "UTF-8");
}
private static Key generateKey() throws Exception {
SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(keyValue, "AES");
return secretKeySpec;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
String originalText = "Hello, World!";
String encryptedText = encrypt(originalText);
System.out.println("Encrypted Text: " + encryptedText);
String decryptedText = decrypt(encryptedText);
System.out.println("Decrypted Text: " + decryptedText);
}
}请注意，此示例中的密钥和初始化向量（IV）硬编码在代码中，实际应用中应该妥善管理密钥，避免硬编码，并且IV一般也应该是随机生成的。此外，密钥和IV的长度必须符合AES的要求，密钥长度为16、24或32字节，IV长度固定为16字节。在这个例子中，使用了Base64编码对加密后的密文进行编码以便于文本展示和存储。
原文链接: https://www.yukx.com/arithmetic/article/details/2480.html 优科学习网AES加密算法(对称加密算法)
