【加密算法】AES对称加密算法简介

news2025/2/27 2:59:37

前言

工作原理

SubBytes

ShiftRows

MixColumns

AddRoundKey

应用场景

在Java中使用AES

加密和解密数据

注意事项和最佳实践

结论

前言

AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，它在密码学中被广泛应用。AES取代了原先的DES（Data Encryption Standard），成为新一代的加密标准。AES算法使用相同的密钥来进行加密和解密，因此被称为对称加密算法。它采用了替代和混淆的技术，通过对输入数据进行一系列的变换和代换，最终得到加密后的输出。

工作原理

SubBytes

在SubBytes阶段，AES算法使用一个固定的S盒（Substitution Box），将输入的每一个字节替换成另一个字节。S盒中的每一个字节都经过了一系列的代换和混淆操作，使得替换后的输出具有非线性和随机性。

ShiftRows

ShiftRows阶段对输入的状态矩阵进行行移位操作。每一行都向左移动不同的位数，这样可以增加算法的混淆度，使得密文更加难以分析和破解。

MixColumns

MixColumns阶段对状态矩阵中的列进行混淆操作。这个步骤涉及到一系列的线性变换，使得输入数据更加分散和随机，增加了算法的安全性。

AddRoundKey

AddRoundKey阶段将轮密钥和当前状态矩阵进行按位异或操作。每一轮的轮密钥都是从主密钥中生成的，通过对轮密钥和状态矩阵进行异或操作，实现了密钥的混淆和扩散。

应用场景

AES算法在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于：

数据加密: AES被广泛应用于保护敏感数据的加密，如个人信息、银行数据、密码等。
网络通信: 在网络通信中，AES用于加密数据传输，保护通信内容不被窃听或篡改。
存储加密: AES可以用于对存储在磁盘或数据库中的数据进行加密，以防止未经授权的访问。

在Java中使用AES

加密和解密数据

在Java中，可以使用Cipher类来执行AES加密和解密操作。以下是一个简单的示例代码：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;

public class AESEncryption {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String originalText = "Hello, AES!";
        String key = "0123456789abcdef"; // 密钥长度必须为16字节（128位）、24字节（192位）或32字节（256位）

        // 加密数据
        byte[] encryptedBytes = encrypt(originalText, key);
        System.out.println("Encrypted: " + Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes));

        // 解密数据
        String decryptedText = decrypt(encryptedBytes, key);
        System.out.println("Decrypted: " + decryptedText);
    }

    // 加密方法
    private static byte[] encrypt(String originalText, String key) throws Exception {
        SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
        return cipher.doFinal(originalText.getBytes());
    }

    // 解密方法
    private static String decrypt(byte[] encryptedBytes, String key) throws Exception {
        SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
        byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(encryptedBytes);
        return new String(decryptedBytes);
    }
}