aes加密流程

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原创最新推荐文章于 2026-06-22 11:15:17 发布 704 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

对称加密算法（AES）：原理、应用与代码实现 AES 算法作为一种强大的对称加密算法，在保障信息安全方面具有重要的地位和广泛的应用。通过对其原理的深入理解，我们知道了它是如何通过一系列复杂的操作将明文转换为密文，以及如何通过逆操作进行解密。在实际应用中，AES 广泛应用于数据加密与存储、网络通信安全、多媒体内容保护等多个领域，为我们的数字生活和工作提供了可靠的安全保障。在实现 AES 算法的加解密功能时，C# 和 Python 都提供了相应的库和方法，使得我们能够方便地在应用程序中使用 AES 进行数据保护。阅读详情

AES加密

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，目前已经被全世界广泛使用，同时AES已经成为对称密钥加密中最流行的算法之一。AES支持三种长度的密钥：128位，192位，256位。

目前被使用多个地方，我目前看到的一个项目使用这些代码。（注释：部分内容来源于https://zhuanlan.zhihu.com/p/562256846

加密原理

使用对称加密的方式，支持的密钥长度为128,192,256位。

在这里插入图片描述

AES加密一共涉及到5种方法：明文矩阵填充，轮秘钥填充（字节替代，行位移，列混淆，轮密钥加密）。不同的秘钥加密的论量是不同的。

明文数据对齐填充

被加密的数据类型进行数据相关的处理，需要实现数据对齐的原则。如果出现数据不对齐的情况，会开始进行数据的填充的操作。目前有多种的填充方式：1，NoPadding 2，PKCS5Padding 3,ISO10126Padding

NoPadding

不做任何填充，要求明文必须是16bit的整数倍。

PKCS5Padding（默认）

如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符，且每个字节的值等于缺少的字符数。8

比如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}

PKCS#7（推荐）

如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符，且每个字节的值等于缺少的字符数。每个字节值均为0x06。

明文（10 字节，示例为十六进制）：`0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A
填充后（16 字节）：0x01 0x02 ... 0x0A 0x06 0x06 0x06 0x06 0x06 0x06
解密时：读取最后 1 个字节的值n，直接删除末尾n个字节即可恢复明文（无歧义）。

在这里插入图片描述

轮密钥加密

在这里插入图片描述

把加密的4x4的正方形矩形和AES128位的第一个的填充数据对应的位置进行异或计算，得出来之后4x4正方形矩形(16位)。

字节替代

使用直接代换表进行转换为对应的信息

|    | 00  | 01  | 02  | 03  | 04  | 05  | 06  | 07  | 08  | 09  | 0A  | 0B  | 0C  | 0D  | 0E  | 0F  
|----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----
| 00 | 63  | 7C  | 77  | 7B  | F2  | 6B  | 6F  | C5  | 30  | 01  | 67  | 2B  | FE  | D7  | AB  | 76  
| 01 | CA  | 82  | C9  | 7D  | FA  | 59  | 47  | F0  | AD  | D4  | A2  | AF  | 9C  | A4  | 72  | C0  
| 02 | B7  | FD  | 93  | 26  | 36  | 3F  | F7  | CC  | 34  | A5  | E5  | F1  | 71  | D8  | 31  | 15  
| 03 | 04  | C7  | 23  | C3  | 18  | 96  | 05  | 9A  | 07  | 12  | 80  | E2  | EB  | 27  | B2  | 75  
| 04 | 09  | 83  | 2C  | 1A  | 1B  | 6E  | 5A  | A0  | 52  | 3B  | D6  | B3  | 29  | E3  | 2F  | 84  
| 05 | 53  | D1  | 00  | ED  | 20  | FC  | B1  | 5B  | 6A  | CB  | BE  | 39  | 4A  | 4C  | 58  | CF  
| 06 | D0  | EF  | AA  | FB  | 43  | 4D  | 33  | 85  | 45  | F9  | 02  | 7F  | 50  | 3C  | 9F  | A8  
| 07 | 51  | A3  | 40  | 8F  | 92  | 9D  | 38  | F5  | BC  | B6  | DA  | 21  | 10  | FF  | F3  | D2  
| 08 | CD  | 0C  | 13  | EC  | 5F  | 97  | 44  | 17  | C4  | A7  | 7E  | 3D  | 64  | 5D  | 19  | 73  
| 09 | 60  | 81  | 4F  | DC  | 22  | 2A  | 90  | 88  | 46  | EE  | B8  | 14  | DE  | 5E  | 0B  | DB  
| 0A | E0  | 32  | 3A  | 0A  | 49  | 06  | 24  | 5C  | C2  | D3  | AC  | 62  | 91  | 95  | E4  | 79  
| 0B | E7  | C8  | 37  | 6D  | 8D  | D5  | 4E  | A9  | 6C  | 56  | F4  | EA  | 65  | 7A  | AE  | 08  
| 0C | BA  | 78  | 25  | 2E  | 1C  | A6  | B4  | C6  | E8  | DD  | 74  | 1F  | 4B  | BD  | 8B  | 8A  
| 0D | 70  | 3E  | B5  | 66  | 48  | 03  | F6  | 0E  | 61  | 35  | 57  | B9  | 86  | C1  | 1D  | 9E  
| 0E | E1  | F8  | 98  | 11  | 69  | D9  | 8E  | 94  | 9B  | 1E  | 87  | E9  | CE  | 55  | 28  | DF  
| 0F | 8C  | A1  | 89  | 0D  | BF  | E6  | 42  | 68  | 41  | 99  | 2D  | 0F  | B0  | 54  | BB  | 16

在这里插入图片描述

这里的第一行第一列，数字18，第一个为1(看列对应关系)，第二个为8（看行对应关系）。最后结果计算30，把30数据填充上去18的位置。其他的位置替换类似。

行位移

规则

第一行不变
第二行向左循环移动1字节
第三行向做循环移动2字节
第四行向左循环移动3字节

列混淆(我自己没有看懂，抄一个博主的)

列混淆是加密过程中最复杂的一块

公式：使用GF(2^8)对[列混淆左乘矩阵的行]与[当前字节的列]进行矩阵乘法

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举例说明

上述计算
[x1,y1] = 0x02 × [x1,y1] ⊕ 0x03 × [x2,y1] ⊕ 0x01 × [x3,y1] ⊕ 0x01 × [x4,y1]
[x2,y1] = 0x01 × [x1,y1] ⊕ 0x02 × [x2,y1] ⊕ 0x03 × [x3,y1] ⊕ 0x01 × [x4,y1]
[x3,y3] = 0x01 × [x1,y3] ⊕ 0x01 × [x2,y3] ⊕ 0x02 × [x3,y3] ⊕ 0x03 × [x4,y3]
[x1,y1] = 0x01 × [x1,y4] ⊕ 0x01 × [x2,y4] ⊕ 0x02 × [x3,y4] ⊕ 0x03 × [x4,y4]

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在GF(2^8)中加法和乘法是不一样的

1.加法操作

直接改成异或操作，a+b 等效为 a ⊕ b

2.乘法操作

2.1.定义一个函数f(a)

如果a小于0x80，则返回2*a

否则返货((2*a)mod 0x100) ⊕ 0x1B

2.2乘法操作中的其中一个数值是2的N次方，则可以套用以下公式
0x01 × a = a
0x02 × a = f(a)
0x04 × a = f(0x02 × a)
0x08 × a = f(0x04 × a)
0x10 × a = f(0x08 × a)
...
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2.3.非2的次方可以拆分后相加（这里的相加操作依然为异或操作）

例子
0x0D × a = (0x08 × a) ⊕ (0x04 × a) ⊕ (0x01 × a) = f(0x04 × a)⊕ f(0x02 × a)⊕ a
0x0D × a = (0x08 × a) ⊕ (0x04 × a) ⊕ (0x02 × a) = f(0x04 × a)⊕ f(0x02 × a)⊕ f(a)
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直接计算实际例子

以前面例子中的[x3,y1]为例
[x3,y1] = 0x01 × [x1,y1] ⊕ 0x01 × [x2,y1] ⊕ 0x02 × [x3,y1] ⊕ 0x03 × [x4,y1]
= 0x01 × 0x3B ⊕ 0x01 × 0xF7 ⊕ 0x02 × 0xA8 ⊕ 0x03 × 0xB7
0x01 × 0x3B = 0x3B
0x01 × 0xF7 = 0xF7
0x02 × 0xA8 = f(0xA8) = ((2*0xA8)mod 0x100) ⊕ 0x1B = 0x50 ⊕ 0x1B = 0x4B
0x03 × 0xB7 = f(0xB7) ⊕ 0xB7 = ((2*0xB7)mod 0x100) ⊕ 0x1B ⊕ 0xB7 = 0x75 ⊕ 0xB7 = 0xC2
[x3,y1] = 0x3B ⊕ 0xF7 ⊕ 0x4B ⊕ 0xC2 = 0x45
再举例[x2,y4]
[x2,y4] = 0x01 × [x1,y4] ⊕ 0x02 × [x2,y4] ⊕ 0x03 × [x3,y4] ⊕ 0x01 × [x4,y4]
= 0x01 × 0x27 ⊕ 0x02 × 0x85 ⊕ 0x03 × 0x53 ⊕ 0x01 × 0xD8
0x01 × 0x27 = 0x27
0x02 × 0x85 = f(0x85) = ((2*0x85)mod 0x100) ⊕ 0x1B = A ⊕ 0x1B = 0x11
0x03 × 0x53 = f(0x53) ⊕ 0x53 = (2*0x53) ⊕ 0x53 = A6 ⊕ 0x53 = 0xF5
0x01 × 0xD8 = 0xD8
[x2,y4] = 0x27 ⊕ 0x11 ⊕ 0xF5 ⊕ 0xD8 = 1B

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