AES加密算法原理(图文)

AES加密算法原理AES加密算法原理AES是作为DES的替代标准出现的，全称Advanced Encryption Standard，即：高级加密标准。

AES加密算法，经历了公开的选拔，最终2000年，由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计的Rijndael算法被选中，成为了AES标准。

AES明文分组长度为128位，即16个字节，密钥长度可以为16个字节、24个字节、或32个字节，即128位密钥、192位密钥、或256位密钥。

总体结构AES中没有使用Feistel网络，其结构称为SPN结构。

和DES相同，AES也由多个轮组成，其中每个轮分为SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey 4个步骤，即：字节代替、行移位、列混淆和轮密钥加。

根据密钥长度不同，所需轮数也不同，128位、192位、256位密钥，分别需要10轮、12轮和14轮。

第1轮之前有一次AddRoundKey，即轮密钥加，可以视为第0轮；之后1至N-1轮，执行SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey；最后一轮仅包括：SubBytes、MixColumns、AddRoundKey。

AES总体结构示意图：加密整体流程加密的代码实现：func encryptBlockGo(xk []uint32, dst, src []byte) {var s0, s1, s2, s3, t0, t1, t2, t3 uint32--按4x4矩阵排列s0 = uint32(src[0])24 | uint32(src[1])16 | uint32(src[2])8 | uint32(src[3])s1 = uint32(src[4])24 | uint32(src[5])16 | uint32(src[6])8 | uint32(src[7])s2 = uint32(src[8])24 | uint32(src[9])16 | uint32(src[10])8 | uint32(src[11])s3 = uint32(src[12])24 | uint32(src[13])16 | uint32(src[14])8 | uint32(src[15])-- 第1次轮密钥加s0 ^= xk[0]s1 ^= xk[1]s2 ^= xk[2]s3 ^= xk[3]--nr为中间重复轮数--例如128位密钥，44字子密钥，此处为9轮---2位去除开头和结尾轮nr := len(xk)-4 - 2--4表示已使用了4个字子密钥for r := 0; r nr; r++ {--此处代码包括字节代替、行移位、列混淆、轮密钥加t0 = xk[k+0] ^ te0[uint8(s024)] ^ te1[uint8(s116)] ^ te2[uint8(s28)] ^ te3[uint8(s3)]t1 = xk[k+1] ^ te0[uint8(s124)] ^ te1[uint8(s216)] ^ te2[uint8(s38)] ^ te3[uint8(s0)]t2 = xk[k+2] ^ te0[uint8(s224)] ^ te1[uint8(s316)] ^ te2[uint8(s08)] ^ te3[uint8(s1)]t3 = xk[k+3] ^ te0[uint8(s324)] ^ te1[uint8(s016)] ^ te2[uint8(s18)] ^ te3[uint8(s2)]s0, s1, s2, s3 = t0, t1, t2, t3--最后一轮仅包括字节代替、行移位、轮密钥加--此处为字节代替和行移位s0 = uint32(sbox0[t024])24 | uint32(sbox0[t1160xff])16 | uint32(sbox0[t280xff])8 | uint32(sbox0[t30xff])s1 = uint32(sbox0[t124])24 | uint32(sbox0[t2160xff])16 | uint32(sbox0[t380xff])8 | uint32(sbox0[t00xff])s2 = uint32(sbox0[t224])24 | uint32(sbox0[t3160xff])16 | uint32(sbox0[t080xff])8 | uint32(sbox0[t10xff])s3 = uint32(sbox0[t324])24 | uint32(sbox0[t0160xff])16 | uint32(sbox0[t180xff])8 | uint32(sbox0[t20xff])--轮密钥加s0 ^= xk[k+0]s1 ^= xk[k+1]s2 ^= xk[k+2]s3 ^= xk[k+3]dst[0], dst[1], dst[2], dst[3] = byte(s024), byte(s016), byte(s08), byte(s0)dst[4], dst[5], dst[6], dst[7] = byte(s124), byte(s116), byte(s18), byte(s1)dst[8], dst[9], dst[10], dst[11] = byte(s224), byte(s216), byte(s28), byte(s2)dst[12], dst[13], dst[14], dst[15] = byte(s324), byte(s316), byte(s38), byte(s3)密钥扩展Nk表示初始密钥的字数，一个字为4个字节，以16字节初始密钥为例，初始密钥共计4个字。

aes加密原理AES（AdvancedEncryptionStandard）是一种对称加密算法，由美国国家标准技术研究所（NIST）发布。

AES加密算法是2001年美国国家标准技术研究所（NIST）颁布的一种数据加密标准，取代了DES（Data Encryption Standard）加密标准。

AES被广泛地应用在电子数据传输安全领域，特别是在银行、金融领域中得到了广泛的应用。

AES加密算法是一种分组密码，采用对称加密方式，即加密和解密使用相同的密钥。

AES加密算法可以使用128位（16字节）、192位（24字节）或256位（32字节）密钥。

它采用128位（16字节）分组来处理输入的明文数据，并将其分成4 * 4的字节矩阵。

AES加密算法基于一种叫做“置换-混淆”的基本原理，它在处理加密数据时，先将明文置换（变换），然后进行混淆（也就是扩散），最后再进行置换（变换）。

AES加密算法的安全性有很多方面的体现，它采用128位（16字节）、192位（24字节）或256位（32字节）密钥，有效提高了安全性。

AES加密算法是一种块加密方案，将明文以比较小的块进行处理，采用“替换置换”工作模式，使用S-box对明文进行替换，利用置换矩阵对明文进行筛选，大大增加了破解难度。

此外，AES使用相同的密钥对数据进行加解密，其算法设计上、系统实现都非常简单，它传输的安全性、安全可控性也更强。

AES加密安全性可靠，在电子数据传输安全领域有着广泛的应用，也被广泛应用于金融领域，但同时也存在一些安全隐患。

主要表现在，AES加密算法安全性受到各种攻击的影响，包括侦测攻击、中间人攻击和量子计算机攻击等。

侦测攻击是指在加密通信时，窃取到的信息及控制信息，从而进行攻击的一种技术；中间人攻击是指发起攻击的第三方拦截消息，窃取双方之间的明文，从而实现访问的一种攻击；量子计算机攻击是指利用量子计算机技术，破坏AES加密算法的安全性，实施访问的一种攻击方式。

aes的原理AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，它是目前使用最广泛的加密算法之一。

AES的原理是将明文分块，每个块的大小为128位，然后通过一系列的加密操作，将明文转化为密文。

以下是AES的详细原理：1. 密钥扩展在AES中，密钥的长度可以是128位、192位或256位。

在加密之前，需要对密钥进行扩展，以生成一系列的轮密钥。

这些轮密钥用于每一轮加密操作中，以确保加密的安全性。

2. 初始轮在初始轮中，明文和轮密钥进行一次异或操作。

这个操作将明文转化为一个中间状态，称为“状态”。

3. 轮变换在接下来的9轮中，AES使用一种称为“SubBytes”的操作，将状态中的每个字节替换为一个固定的值。

然后，AES使用“ShiftRows”操作，将状态中的每一行进行循环移位。

接着，AES使用“MixColumns”操作，对状态中的每一列进行线性变换。

最后，AES使用轮密钥对状态进行一次异或操作。

4. 最终轮在最后一轮中，AES使用SubBytes、ShiftRows和轮密钥的异或操作，但是没有MixColumns操作。

5. 解密AES的解密过程与加密过程类似，但是使用了相反的操作。

解密过程中，需要使用与加密相同的轮密钥，但是需要按照相反的顺序使用这些轮密钥。

总之，AES是一种安全、高效的加密算法。

它通过密钥扩展、初始轮、轮变换和最终轮，将明文转化为密文。

在解密过程中，需要按照相反的顺序使用轮密钥，以恢复原始的明文。

# AES加密原理-详解0 AES简介美国国家标准技术研究所在2001年发布了高级加密标准（AES）。

AES 是一个对称分组密码算法，旨在取代DES成为广泛使用的标准。

根据使用的密码长度，AES最常见的有3种方案，用以适应不同的场景要求，分别是AES-128、AES-192和AES-256。

本文主要对AES-128进行介绍，另外两种的思路基本一样，只是轮数会适当增加。

1 算法流程AES加解密的流程图如下：AES加密过程涉及到4种操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。

解密过程分别为对应的逆操作。

由于每一步操作都是可逆的，按照相反的顺序进行解密即可恢复明文。

加解密中每轮的密钥分别由初始密钥扩展得到。

算法中16字节的明文、密文和轮密钥都以一个4x4的矩阵表示。

接下来分别对上述5种操作进行介绍。

1.1 字节代替下图(a)为S盒，图(b)为S-1（S盒的逆）S和S-1分别为16x16的矩阵。

假设输入字节的值为a=a7a6a5a4a3a2a1a0，则输出值为S[a7a6a5a4][a3a2a1a0]，S-1的变换也同理。

例如：字节00替换后的值为（S[0][0]=）63，再通过S-1即可得到替换前的值，（S-1 [6][3]=）00。

1.2 行移位行移位的功能是实现一个4x4矩阵内部字节之间的置换。

1.2.1 正向行移位正向行移位的原理图如下：实际移位的操作即是：第一行保存不变，第二行循环左移1个字节，第三行循环左移2个字节，第四行循环左移3个字节。

假设矩阵的名字为state，用公式表示如下：state’[i][j] = state[i][(j+i)%4];其中i、j属于[0,3]1.2.2 逆向行移位逆向行移位即是相反的操作，用公式表示如下：state’[i][j] = state[i][(4+j-i)%4];其中i、j属于[0,3]1.3 列混淆列混淆：利用GF(28)域上算术特性的一个代替。

AES算法加解密原理及安全性分析AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是一种对称加密算法，用于对数据进行加密和解密。

它是最常用的加密算法之一，被广泛应用于各种信息安全相关领域。

1.密钥扩展：对输入的密钥进行扩展，生成多轮的子密钥用于后续的加密和解密操作。

2.初始轮：将明文与第一轮子密钥进行异或运算。

3.多轮加密：AES算法有128位、192位和256位三种密钥长度，这里以128位密钥为例。

将16字节的明文分为4x4的字节矩阵（称为状态矩阵），与当前轮子密钥进行一系列变换，包括字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加等。

这些变换使得密文显示复杂性，增加了破解难度。

4.最后一轮：最后一轮加密与之前的多轮加密略有不同，没有列混淆操作。

5.密文生成：最后一个状态矩阵与最后一轮的子密钥进行异或运算，得到最终的密文。

解密操作与加密操作相似，只是密钥的使用顺序相反，即先使用最后一轮子密钥进行解密，然后逆向进行多轮解密，最后使用第一轮子密钥进行解密，得到原始的明文。

1.密钥长度：AES算法支持三种密钥长度，对于相同的明文和密文，密钥长度越长，破解难度越大。

目前来说，128位密钥足够安全，128位以上的密钥更加安全。

2.穷举攻击：穷举攻击是一种尝试所有可能的密钥组合来破解加密算法的方法。

对于AES算法，由于密钥长度较长，穷举攻击需要耗费巨大的计算资源和时间，对抗穷举攻击具备较高的安全性。

3.差分密码分析：差分密码分析是一种基于统计模型的攻击方法，通过观察明文、密文和密钥对之间的差异性，推断密码的相关信息。

AES算法在设计时考虑了差分密码分析的攻击方法，实现了一系列抵御差分密码分析的特性，提高了算法的安全性。

4.线性密码分析：线性密码分析是一种基于统计特性的攻击方法，通过线性逼近密钥和明文之间的关系，来逐渐推断出密钥。

AES算法在设计时也考虑了线性密码分析的攻击方法，加入了一系列防护机制，提高了算法的安全性。

AES算法⾼级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)为最常见的对称加密算法(微信⼩程序加密传输就是⽤这个加密算法的)。

对称加密算法也就是加密和解密⽤相同的密钥，具体的加密流程如下图：明⽂P密钥KAES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CAES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256位。

密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，如下表所⽰：轮数在下⾯介绍，这⾥实现的是AES-128，也就是密钥的长度为128位，加密轮数为10轮。

上⾯说到，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。

也就是说，⼀个明⽂分组会被加密10轮。

AES的核⼼就是实现⼀轮中的所有操作。

AES的处理单位是字节，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：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：类似地，128位密钥也是⽤字节为单位的矩阵表⽰，矩阵的每⼀列被称为1个32位⽐特字。

简述AES算法的实现原理，并比较它与DES算法的优缺点？AES算法的实现原理AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。

明确地说，AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和256 位密钥，并且用128 位（16字节）分组加密和解密数据。

与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。

通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。

迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。

Figure 1 显示了AES 用192位密钥对一个16位字节数据块进行加密和解密的情形。

AES 算法是基于置换和代替的。

置换是数据的重新排列，而代替是用一个单元数据替换另一个。

AES 使用了几种不同的技术来实现置换和替换。

为了阐明这些技术，让我们用Figure 1 所示的数据讨论一个具体的AES 加密例子。

下面是你要加密的128位值以及它们对应的索引数组：00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 aa bb cc dd ee ff 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15192位密钥的值是：00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f 10 11 12 13 14 15 16 17 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23Figure 2 S-盒（Sbox ）当AES 的构造函数（constructor）被调用时，用于加密方法的两个表被初始化。

第一个表是代替盒称为S-盒。

它是一个16×16的矩阵。

S-盒的前五行和前五列如Figure 2 所示。

在幕后，加密例程获取该密钥数组并用它来生成一个名为w[]的密钥调度表，Figure 3 所示。

aes加密原理
AES加密原理
AES（Advanced Encryption Standard），中文名称为高级加密标准，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。

它采用对称密钥加密，具有高安全性，抗攻击性，安全性和效率等优点，是目前世界上最流行的加密标准之一。

AES加密原理主要是采用分组密码的原理，将明文分成多个组，每组分别经过轮密钥加密和轮函数加密，实现加密。

其中轮密钥加密主要是将明文通过密钥矩阵进行轮转，以实现密文的分组加密；而轮函数加密则是采用特定的算法，将加密后的明文通过函数进行处理，以达到加密的目的。

AES加密原理支持128位、192位和256位三种不同的密钥长度，而每种密钥长度又分别对应不同的密文长度，128位密钥对应128位密文，192位密钥对应192位密文，256位密钥对应256位密文。

AES加密原理采用的变换方式是利用查找表，将明文中的每一位字节进行映射，以实现加密，从而达到安全性的要求。

其主要特点是只有使用正确的密钥才能解密，从而保证了数据的安全性。

由于AES加密原理采用的是分组密码技术，因此它的安全性非常高，可以有效防止数据的泄露和篡改，是当前最流行的加密技术之
一。

它可以满足现代网络的高安全性要求，并且运行效率也很高，是非常值得推荐的加密技术。

AES算法加密解密原理及其编程实现AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是一种对称加密算法，广泛应用于保护数据的机密性。

AES算法基于更早期的DES算法，提供了更高的安全性和更快的加密速度。

1.密钥扩展：根据加密的密钥生成一系列轮密钥，用于进行多轮加密中每轮的子密钥生成。

2.初始化：将待加密的数据进行分块，并使用初始轮密钥进行一次简单的字节替换和行移位运算。

3.多轮加密：使用轮密钥对数据进行多次的字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加操作。

4.最终轮：在最后一轮中，执行和之前的轮相似的替换操作，但没有列混淆。

5.密文生成：最后一轮的输出为加密结果。

1.导入所需库和函数：```from Crypto.Cipher import AESfrom Crypto import Randomimport binascii```2.生成随机的密钥和初始向量（IV）：#生成16字节的随机密钥key = Random.new(.read(16)#生成16字节的随机IViv = Random.new(.read(16)```3.加密函数：```def encrypt(message, key, iv):#创建AES对象并使用密钥和CBC模式进行初始化cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)#填充明文，使其长度为16的整数倍message = message + (16 - len(message) % 16) * chr(16 - len(message) % 16)#加密并返回密文ciphertext = cipher.encrypt(message.encode()return binascii.hexlify(ciphertext).decode```4.解密函数：def decrypt(ciphertext, key, iv):#创建AES对象并使用密钥和CBC模式进行初始化cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)#解密并返回明文plaintext =cipher.decrypt(binascii.unhexlify(ciphertext)).decode #去除填充的部分plaintext = plaintext[:-ord(plaintext[len(plaintext) - 1])] return plaintext```5.使用示例：```message = "Hello, AES!"ciphertext = encrypt(message, key, iv)plaintext = decrypt(ciphertext, key, iv)。

AES加密算法的原理详解与实现分析AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，使用相同的密钥进行加密和解密操作。

它是目前应用最广泛的加密算法之一，被广泛用于保护数据的安全性。

AES的原理可以分为四个主要步骤：字节代换（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。

字节代换（SubBytes）：AES中使用的S盒（Substitution box）是AES中唯一一个非线性元素。

S盒是一个16×16的字节查找表，将输入的每个字节替换为查找表中对应的字节。

通过这种替换，AES增加了非线性性，增强了加密的安全性。

行移位（ShiftRows）：AES的状态矩阵被转换为四行四列的矩阵。

在行移位阶段，每一行循环左移不同的位数。

第一行不变，第二行左移一位，第三行左移两位，第四行左移三位。

这个操作使得矩阵中的每个字节在不同的列中被混淆，增加了加密的随机性。

列混淆（MixColumns）：在列混淆阶段，每一列都与一个固定的矩阵进行乘法运算。

这个固定矩阵称为混淆矩阵。

列混淆阶段通过改变每一列中的字节，增加了密文中每个字节之间的相关性，增强了加密的安全性。

轮密钥加（AddRoundKey）：AES使用一个密钥扩展算法生成轮密钥，在每一轮加密中，将对应轮的密钥与状态矩阵进行异或运算。

这个操作可以认为是对状态矩阵进行了"加密"，增加了加密的复杂性。

AES加密的实现可以通过软件或硬件来完成。

在软件实现中，可以通过编程语言如C、C++、Java等来实现AES算法。

在硬件实现中，可以通过使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）或ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）等专门的硬件设备来加速加密的过程。

AES算法的实现需要注意以下几个关键点：1.如何选择密钥长度：AES算法支持多种密钥长度，包括128位、192位和256位。

对称加密算法之AES加密对称加密算法之AES加密简介前世今⽣AES全称Advanced Encryption Standard，也就是⾼级加密标准。

在DES的安全性被发现存在明显缺陷后，亟需有另⼀种算法来替代DES。

DES的56bit的密钥长度太⼩，虽然三重DES解决了密钥长度的问题，但是三重DES还是存在⼀些明显的缺陷。

1997年4⽉15⽇，NIST发起征集AES算法的活动，⽬的是确定⼀个⾮保密的，公开披露的，全球免费使⽤的加密算法，来保护隐私，也能够替代DES。

其基本要求就是:执⾏性能⽐三重DES快、⾄少和三重DES⼀样安全、数据分组长度为128bit、密钥长度为128/192/256bit。

由⽐利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计的“Rijndael数据加密算法”最终获胜。

经过时间的检验，⾄少到到⽬前为⽌，AES的安全性能是良好的。

经过这么多年的分析和测试，⾄今没有发现AES的明显缺点，也没有找到明显的安全漏洞。

如今，⽣活的很多领域也都⽤到了AES算法，如IPsec所使⽤的加密算法等。

⼀些特性AES加密算法的分组长度只能为128bit，但是其密钥长度是可以变动的，分别可以为128bit/196bit/256bit三种类型。

⽽根据不同的密钥长度，其加密轮数也会得到变化。

如表所⽰。

但⽬前⽐较⼴泛使⽤的是128bit长度的密钥。

AES密钥长度（32位⽐特字)分组长度(32位⽐特字)加密轮数AES-1284410AES-1926412AES-2568414在初始状态会将明⽂和密钥分组中的128位再分为16组，每组⼀个字节。

密钥虽然只有4个字(32bit,在任何条件都认为1字=4字节是不严谨的，会根据系统位数⽽产⽣差异，计算机进⾏数据处理时，⼀次存取、加⼯和传送的数据长度称为字)，但是会根据此密钥产⽣额外40个字，分别⽤在⼗轮的加密过程中。

具体过程过程总览如上图所⽰，加密的第⼀轮到第九轮的函数是⼀样的，都经过过字节代换、⾏移位、列混合、轮密钥加的四个阶段，但有两个特殊点，第⼀点是在第⼀轮之前，先要进⾏⼀次轮密钥加，先将明⽂和原始密钥进⾏⼀次轮密钥加的操作；第⼆是在第⼗轮时，没有列混合这⼀步骤。