AES算法探究

AES（Advanced Encryption Standard），即高级加密标准，又称矩阵加密算法，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。

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）。AES核心就是实现一轮中的所有操作，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。

AES的原理

AES采用轮密钥的加密方法，实际是一种Vernam密码形式，其本身不难被破解。但是算法的另外三个阶段一起提供了混淆、扩散和非线性功能。这些阶段没有涉及密钥，就它们自身而言，并未提供算法的安全性。然而，该算法经历一个分组的XOR加密，再对该分组混淆扩散，再接着又是XOR加密，如此交替进行，这种方式非常有效非常安全。

AES的可逆原理

AES的每个阶段均可逆，对字节代替、行移位和列混淆，在解密算法中用它们相对应的逆函数。轮密钥加的逆就是用同样的轮密钥和分组相异或，其原理就是A⊕B⊕B = A。和大多数分组密码一样，AES解密算法按照逆序利用扩展密钥的方法，其解密算法和加密算法并不一样，这是由AES的特定结构决定的。

AES最常见的有3种方案，分别是AES-128、AES-192和AES-256，它们的区别在于密钥长度不同，AES-128的密钥长度为16bytes（128bit / 8），后两者分别为24bytes和32bytes。密钥越长，安全强度越高，但伴随运算轮数的增加，带来的运算开销就会更大，所以用户应根据不同应用场合进行合理选择。

AES常见工作模式

1、ECB（ElectronicCodebook，电子密码本）

优点：简单、可并行计算、误差不传递。

缺点：不能隐藏明文模式、主动攻击。

用途：需要并行加密的应用。

2、CBC（Cipher Block Chaining，密码分组链接）

优点：不容易主动攻击（误差传递）、适合长报文，是SSL、IPSec标准。

缺点：无法并行、误差传递。

用途：长报文传输，SSL和IPSec。

3、CFB（CipherFeedback，密码反馈）

优点：不容易主动攻击，分组转变为流模式，可加密小于分组数据。

缺点：无法并行、误差传递。

3、OFB（OutputFeedback，输出反馈）

优点：分组转为流模式、可加密小于分组数据。

缺点：主动攻击。

用途：通信信道质量不高时使用，比如卫星通信。

4、CTR（Counter，计数器模式）：

优点：并行、一次一密、不传递误差。

缺点：主动攻击。

AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，对称算法，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高，现在 AES 标准的一个实现是 Rijndael 算法。