【AES】加密算法详解_头歌密码学aes加密

一.前言

        随着互联网的发展，越来越多的隐私数据需要载网络中传输，为了保证数据的安全，我们将会对数据进行加密，今天我就介绍一种经典的数据算法AES（Advanced Encryption Standard）。

二.AES的简介

        高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），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，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

三.AES的密码说明

 严格地说，AES和Rijndael加密法并不完全一样（虽然在实际应用中二者可以互换），因为Rijndael加密法可以支持更大范围的区块和密钥长度：AES的区块长度固定为128 比特，密钥长度则可以是128，192或256比特；而Rijndael使用的密钥和区块长度可以是32位的整数倍，以128位为下限，256比特为上限。加密过程中使用的密钥是由Rijndael密钥生成方案产生。
  AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“状态（state）”，其初值就是一个明文区块（矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte）。（Rijndael加密法因支持更大的区块，其矩阵行数可视情况增加）加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤：

AddRoundKey：矩阵中的每一个字节都与该次轮秘钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
SubBytes：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：将矩阵中的每个横列进行循环式移位。
MixColumns：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。
  最后一个加密循环中省略MixColumns步骤，而以另一个AddRoundKey取代。

四.加密算法实现

        1.加密操作，在java中可用以下方式实现

/**
 * @author xy丶
 * @date 2021/11/10
 */
public class AESUtil {
    /**
     * 加密算法AES
     */
    private static final String KEY_ALGORITHM = "AES";
 
    /**
     * key的长度，Wrong key size: must be equal to 128, 192 or 256
     * 传入时需要16、24、36
     */
    private static final Integer KEY_LENGTH = 16 * 8;
 
    /**
     * 算法名称/加密模式/数据填充方式
     * 默认：AES/ECB/PKCS5Padding
     */
    private static final String ALGORITHMS = "AES/ECB/PKCS5Padding";
 
 
    /**
     * 加密
     *
     * @param content    加密的字符串
     * @param encryptKey key值
     */
    public static String encrypt(String content, String encryptKey) throws Exception {
        //设置Cipher对象
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(encryptKey.getBytes(), KEY_ALGORITHM));
 
        //调用doFinal
        byte[] b = cipher.doFinal(content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
 
        // 转base64
        return Base64.encodeBase64String(b);
 
    }
 
 
}

  2.解密操作，在java中可用以下方式实现

/**
 * @author xy丶
 * @date 2021/11/10
 */
public class AESUtil {
    /**
     * 加密算法AES
     */
    private static final String KEY_ALGORITHM = "AES";
 
    /**
     * key的长度，Wrong key size: must be equal to 128, 192 or 256
     * 传入时需要16、24、36
     */
    private static final Integer KEY_LENGTH = 16 * 8;
 
    /**
     * 算法名称/加密模式/数据填充方式
     * 默认：AES/ECB/PKCS5Padding
     */
    private static final String ALGORITHMS = "AES/ECB/PKCS5Padding";
 
 
    /**
     * 解密
     *
     * @param encryptStr 解密的字符串
     * @param decryptKey 解密的key值
     */
    public static String decrypt(String encryptStr, String decryptKey) throws Exception {
        //base64格式的key字符串转byte
        byte[] decodeBase64 = Base64.decodeBase64(encryptStr);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(decryptKey.getBytes(), KEY_ALGORITHM));
        //调用doFinal解密
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(decodeBase64);
        return new String(decryptBytes);
    }
 
}

五.加密模式

        常用的加密模式有ECB、CBC。ECB，即electronic code book，将整个明文分成若干段相同小段，然后每小段进行加密，每段互不依赖，可以并行处理，同样的明文就会生成同样的密文；CBC，即cipher block chaining，密文分组链模式，密文分组间如同链条相互连接，先将明文切割为若干段，每一小段与上一段的密文段运算后（第一个块没有上个密文段，故而使用IV进行运算），再同秘钥进行加密，因为是串行处理，所以同样明文每次生成的密文不一样。

AES的块大小为16个字节的整数倍，明文分块时，如果块大小不够，则需要使用固定数据进行填充。AES的Cipher.getInstance调用时，使用AES即可，默认使用的分组模式就是ECB，填充模式为PKCS5Padding。如果需要使用CBC模式，则需要加入额外的Iv参数。

结尾。喜欢的朋友就点个赞加个收藏吧谢谢