AES加解密介绍_aes加密密钥-优快云博客

AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）一种对称密钥加密算法，意味着加密和解密使用相同的密钥。这种加密方式在效率上优于非对称加密（如RSA）但密钥分发和管理成为挑战。

AES密钥是用于AES对称加密算法的核心机密数据。

基本概念

定义：AES密钥是一串特定长度的二进制数据，用于加密和解密信息
标准：由NIST于2001年确立，取代旧的DES加密标准
对称性：加密和解密使用同一个密钥（对称加密）

密钥规格

密钥长度（决定安全强度）：

- AES-128：128位（16字节）
- AES-192：192位（24字节）
- AES-256：256位（32字节）

密钥格式：

- 通常表示为16/24/32字节的二进制数据
- 也可用16/24/32个十六进制字符表示（如2B7E151628AED2A6...）
- 或以Base64等编码形式存储

密钥生成

安全生成方法：

- 使用密码学安全随机数生成器（CSPRNG）
- 密钥派生函数（如PBKDF2、HKDF）
- 硬件安全模块（HSM）生成

密钥用途

数据加密：

- 文件/磁盘加密
- 数据库字段加密
- 网络通信加密（如TLS）

安全协议：

- 安全启动（Secure Boot）
- 固件验证3

重要原则：

- 密钥≠密码（密钥应直接是随机数）
- 永远不要硬编码在源代码中
- 最小权限原则（按需分配密钥访问权）

使用 python 进行 AES 加解密

在Python中，你可以使用PyCryptodome或cryptography库来实现AES加密。

使用PyCryptodome

首先，确保安装了pycryptodome库：

pip install pycryptodome

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
from Crypto.Random import get_random_bytes

def aes_encrypt(plaintext, key):
    # 确保密钥长度为16（AES-128）, 24（AES-192）, 或 32（AES-256）字节
    if len(key) not in (16, 24, 32):
        raise ValueError("Key length must be 16, 24, or 32 bytes long")

    # 生成随机初始化向量（IV）
    iv = get_random_bytes(AES.block_size)
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)

    # 对明文进行填充以确保长度是块大小的倍数
    padded_text = pad(plaintext.encode(), AES.block_size)
    ciphertext = cipher.encrypt(padded_text)

    # 返回包含IV和密文的元组
    return iv + ciphertext

def aes_decrypt(ciphertext, key):
    # 提取IV
    iv = ciphertext[:AES.block_size]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)

    # 解密并去除填充
    padded_plaintext = cipher.decrypt(ciphertext[AES.block_size:])
    plaintext = unpad(padded_plaintext, AES.block_size)

    return plaintext.decode()

# 使用示例
key = get_random_bytes(32)  # AES-256位密钥
plaintext = "Hello, World!"
ciphertext = aes_encrypt(plaintext, key)
decrypted_text = aes_decrypt(ciphertext, key)
print("Encrypted:", ciphertext)
print("Decrypted:", decrypted_text)

主流AES模式对比‌

模式	特点	适用场景	安全性风险
‌ECB(Electronic Codebook) 电子密码本模式 ‌	最简单的加密模式。将明文分成块，每块独立加密。块独立加密，无需IV	简单数据分块处理	相同明文生成相同密文，易受重放攻击‌
‌CBC(Cipher Block Chaining) 密码块链接模式 ‌	每个明文块与前一个密文块异或后再加密。需要初始化向量(IV)。块链式加密。	文件加密、网络通信	需保证IV唯一性，否则可能被篡改‌
‌GCM(Galois/Counter Mode) 伽罗瓦/计数器模式 ‌	CTR模式的扩展提供认证加密(AEAD) 支持认证加密，含完整性校验。	高安全性场景（如API、数据库）	无常见漏洞，但实现较复杂‌
‌CTR(Counter) 计数器模式 ‌	将块密码变为流密码。使用计数器值加密后与明文异或。流加密模式，支持并行处理	实时数据流（如视频）	计数器重复会导致密钥流复用‌

‌选择依据‌

‌安全性优先级‌

- 避免使用ECB模式（明文模式易泄露信息）‌14
- 推荐CBC（基础安全）或GCM（认证加密）‌68

‌数据特性‌

- ‌固定长度数据‌：CBC模式（需填充）‌36
- ‌流式数据‌：CTR或CFB模式（无需填充）‌8

‌性能需求‌

- GCM模式虽安全但计算开销较大，适合对延迟不敏感的场景‌68
- ECB/CBC在低配置设备中性能更优‌

模式	需要填充	并行加密	随机访问	认证加密	推荐指数
ECB	是	是	是	否	❌ 绝不使用
CBC	是	否	否	否	⭐⭐ 传统系统
CTR	否	是	是	否	⭐⭐⭐ 性能敏感
GCM	否	是	部分	是	⭐⭐⭐⭐ 首选
CCM	否	否	否	是	⭐⭐⭐ 受限环境
XTS	否	是	是	否	⭐⭐⭐ 存储加密