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一：分组密码的填充方式
1. PKCS#7/PKCS#5
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原理：填充值为需填充的字节数。例如，若块大小为8字节，需填充3字节，则填充
0x03 0x03 0x03。 -
特点：
-
PKCS#5专为8字节块设计（如DES），PKCS#7支持1-255字节块（如AES）。
-
数据长度恰好为块大小时，填充完整新块（如16字节块填充16个
0x10）。
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应用：广泛用于SSL/TLS、CMS等协议，兼容性强。
2. ANSI X.923
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原理：填充字节的末字节为填充长度，其余为
0x00。例如，填充3字节则为0x00 0x00 0x03。 -
特点：解密时校验填充字节前部分是否为
0x00，否则报错，增强安全性。 -
应用：部分金融或旧系统标准中可能要求。
3. ISO 10126
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原理：末字节为填充长度，其余为随机数。例如，填充3字节可能为
0xAB 0xCD 0x03。 -
特点：随机填充增加密文随机性，减少攻击面，但需注意该标准已撤销。
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应用：曾用于需高随机性的场景，现逐渐被替代。
4. 补零填充
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原理：填充
0x00至块大小。例如，需填充3字节则为0x00 0x00 0x00。 -
缺点：若原始数据以
0x00结尾，解密时无法区分填充与数据，需额外长度信息。 -
应用：适用于数据本身不含
0x00或协议明确处理长度的情况。
5. 无填充
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条件：数据长度必须为块大小的整数倍。
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应用：结合流模式（如CTR、OFB）或固定长度数据（如哈希值）。
示例场景
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AES-CBC加密：使用PKCS#7填充，处理任意长度数据。
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DES加密：PKCS#5填充，兼容8字节块。
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固定长度令牌：无需填充，直接加密。
| 方式 | 描述 |
|---|---|
| NoPadding | 不填充 |
| 补零填充 | 填充 0 |
| ANSI X9.23 | 最后一位填长度，其余填充 0 |
| ISO10126 | 最后一位填长度，其余填充随机内容 |
| PKCS5 和 PKCS7 | PKCS5 Padding—— 块大小 8 个字节 PKCS7 Padding—— 块大小 1~255 |
二：分组密码的工作模式
1. ECB（电子密码本模式）
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原理：每个明文块独立加密，相同明文块生成相同密文块。
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特点：
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优点：简单、无需初始化向量（IV），支持并行加解密。
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缺点：
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相同明文生成相同密文，容易被破解。
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无法抵御重放攻击。
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应用场景：仅适用于加密单个数据块（如密钥加密），不推荐用于批量数据。
2. CBC（密码块链接模式）
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原理：
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每个明文块与前一个密文块异或后再加密，首个块使用随机IV。
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解密时，先解密再与前一个密文块异或得到明文。
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支持解密并行
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特点：
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优点：相同明文生成不同密文，隐藏数据模式。当一个数据块损坏时，不影响其他数据块界面，只影响它周围的2个数据块
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缺点：
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需要填充（如PKCS#7），错误传播影响后续两个块。
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必须保证IV唯一且不可预测，否则可能被攻击。
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加密不支持并行
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应用场景：文件加密、早期SSL/TLS协议。
3. CFB（密码反馈模式）
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原理：
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将分组密码转换为自同步流密码。
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前一个密文块加密后与明文异或生成密文，支持逐比特加密。
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可并行解密
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解密：利用异或运算的可逆性，利用前一个密文块加密后和现密文块进行异或解密
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特点：
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优点：无需填充，支持实时处理。
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缺点：
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错误传播：单个密文错误影响后续多个比特（取决于反馈位数）。
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需要随机IV。
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不支持并行加密
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-
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应用场景：流式数据传输（如实时通信）。
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与CBC区别：CBC先异或在加密而CFB先加密在异或，CFB不需要填充而CBC需要
CFB加密：
CFB解密：
4. OFB（输出反馈模式）
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原理：
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生成密钥流（与明文无关），与明文异或生成密文。
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密钥流通过迭代加密IV产生。
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特点：
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优点：无错误传播，适合高噪声信道。
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缺点：
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密钥流不可重复（否则导致安全性问题）。
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需要随机IV。
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不支持并行加解密
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应用场景：卫星通信、需要抗干扰的场景。
OFB加密：
OFB解密：
5. CTR（计数器模式）
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原理：
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使用递增的计数器值加密生成密钥流，与明文异或。
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计数器可以是随机数（Nonce）与块序号组合。
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特点：
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优点：
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无填充、支持并行加密/解密。
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错误不传播，高效适合硬件加速。
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缺点：必须确保计数器唯一，否则密钥流重复导致明文泄露。
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应用场景：网络协议（如IPSec、Wi-Fi加密）、高性能需求场景。
CTR加密:
CRT解密：
如何选择
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安全性优先：选择认证加密模式（如GCM、CCM）。
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性能需求：CTR或GCM模式适合高速加密。
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兼容性：CBC仍广泛支持但需注意填充Oracle攻击防护。
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错误容忍：OFB或CTR适用于易出错环境。
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避免使用：ECB（除非加密单个块）。
| 对比内容 | ECB | CBC | CFB | OFB | CTR |
|---|---|---|---|---|---|
| 工作方式 | 直接加密明文分组 | 对明文分组与前一个明文分组的异或结果加密 | 先加密前一个密文再与明文异或 | 先生成密钥流再与明文异或 | 将计数器加密后再与明文分组异或 |
| 需要填充 | √ | √ | × | × | × |
| 加密并行 | √ | × | × | × | √ |
| 解密并行 | √ | √ | √ | × | √ |
| 密文错误解密影响 | 当前明文 | 当前和下一个 | 当前和下一个 | 当前明文 | 当前明文 |
| 用途 | 传送短数据 | 传送数据分组；认证 | 传送数据分组；认证 | 有扰信道传送数据 | |
| 流密码 | × | × | √ | √ | √ |
三：AES
(图片来源：么是AES加密？详解AES加密算法原理流程 - 知乎)
1. 基本概述
AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，于2001年被美国国家标准与技术研究院（NIST）正式采用，取代了旧的DES（数据加密标准）。它由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计，原名Rijndael算法。
2. 核心特性
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密钥长度：支持128位、192位、256位三种密钥，对应不同安全级别。
-
分组大小：固定128位（16字节）的数据块。
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加密轮数：根据密钥长度决定轮数（10/12/14轮），每轮包含非线性变换、行移位、列混淆和轮密钥加等操作。
3.AES加密流程
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密钥扩展（Key Expansion）
-
将128位主密钥扩展为11个128位轮密钥（首轮密钥为原始密钥，后续10轮通过算法生成）。
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初始轮密钥加（AddRoundKey）
-
明文块与第1个轮密钥进行异或操作。（将16个字节明文变为4*4的矩阵，子密钥16个的字节也变为矩阵）
k1与p1异或以此类推得到如下矩阵P1⊕K1 P2⊕K2 P3⊕K3 P4⊕K4 P5⊕K5 P6⊕K6 P7⊕K7 P8⊕K8 p 9 ⊕K9 P10⊕K10 P11⊕K11 P12⊕K12 p13⊕ k13 P14⊕K14 P15⊕K15 p16 页⊕K16
-
-
主轮处理（10轮循环）
每轮依次执行以下操作：-
字节代换（SubBytes）：利用异或后的表格对照s盒进行替换（就是简单的替换）。
将如上经过初始轮秘钥加得到的表格对照s盒进行替换（比如d列4行以此类推）D4
e0
b 8
1e
27
Bf
b 4
41
11
98
5d
52
Ae
F1
E5
30
-
行移位（ShiftRows）：将字节代换后的表格进行行移位。
行号 描述 第一行 保持不变 第二行 向左移动 1 个字节 第三行 向左移动 2 个字节 第四行 向左移动 3 个字节
（例如以字帖替换表为例行变后如左表）
-
列混淆（MixColumns）：将行移位后的表格与设定的表格进行左乘
| 02 03 01 01 | | 01 02 03 01 | | 01 01 02 03 | （左乘） 行移位后表 | 03 01 01 02 |
-
轮密钥加（AddRoundKey）：将列混合后的矩阵与本轮子密钥进行异或(参考：初始轮密钥加）
-
-
最终轮（第10轮）
-
跳过列混淆操作（仅执行SubBytes→ShiftRows→AddRoundKey）。
-
-
输出密文块
-
最终得到128位密文块，所有块处理完成后拼接为完整密文。
-
6.子秘钥扩展算法
W₀ = [k₀, k₁, k₂, k₃]
W₁ = [k₄, k₅, k₆, k₇]
W₂ = [k₈, k₉, k₁₀, k₁₁] 初始子密钥
W₃ = [k₁₂, k₁₃, k₁₄, k₁₅]
| 条件 | 等式确定规则 | 示例 |
|---|---|---|
| i 不是 4 的倍数 | W[i]=W[i - 4]⊕W[i - 1] | W5=W1⊕W4 ;W6=W2⊕W5 |
| i 是 4 的倍数 | W[i]=W[i - 4]⊕T（W[i - 1]） | W4=W0⊕T（W3） |
i是4的倍数如下（T函数）
1.字循环
将前一个字循环左移1字节（例如，[k0,k1,k2,k3 → [k3,k0,k1,k2]）。
2.字节替换
对字循环的结果使用s盒进行字节替换
3.轮常量异或
将前面的结果与轮常量进行异或，第一轮使用第一列轮常量，以此类推
最后将第一轮轮常量异或结果与w0进行异或就得到w4
7.python代码
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
from Crypto.Random import get_random_bytes
import base64
# 加密函数
def aes_encrypt(plaintext, key):
# 将明文转换为字节
plaintext = plaintext.encode('utf-8')
# 生成随机初始化向量 (IV)
iv = get_random_bytes(AES.block_size)
# 创建 AES-CBC 加密器
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
# 填充并加密数据
ciphertext = cipher.encrypt(pad(plaintext, AES.block_size))
# 组合 IV 和密文，并用 Base64 编码
encrypted_data = base64.b64encode(iv + ciphertext).decode('utf-8')
return encrypted_data
# 解密函数
def aes_decrypt(encrypted_data, key):
# Base64 解码
encrypted_data = base64.b64decode(encrypted_data)
# 提取 IV 和密文
iv = encrypted_data[:AES.block_size]
ciphertext = encrypted_data[AES.block_size:]
# 创建 AES-CBC 解密器
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
# 解密并去除填充
plaintext = unpad(cipher.decrypt(ciphertext), AES.block_size)
return plaintext.decode('utf-8')
# 示例用法
if __name__ == "__main__":
# 生成随机 AES 密钥（支持 16/24/32 字节对应 AES-128/AES-192/AES-256）
key = get_random_bytes(32) # 使用 AES-256
# 原始文本
text = "Hello, AES 加密测试!"
# 加密
encrypted = aes_encrypt(text, key)
print("加密结果:", encrypted)
# 解密
decrypted = aes_decrypt(encrypted, key)
print("解密结果:", decrypted)四：总结
| 对比维度 | AES | RC4 | DES |
|---|---|---|---|
| 算法类型 | 分组密码（固定128位分组） | 流密码（逐字节加密） | 分组密码（固定64位分组） |
| 密钥长度 | 128/192/256位 | 40-2048位（通常40-256位） | 56位（实际64位，含8位校验） |
| 安全性 | 高（抗差分/线性攻击，现代标准） | 低（已被证明存在多漏洞，如WEP攻击） | 极低（密钥过短，易暴力破解） |
| 速度 | 较快（硬件加速优化后更高效） | 极快（无复杂运算，适合低性能设备） | 较慢（已被淘汰，性能不如AES） |
| 填充机制 | 需要（如PKCS#7） | 不需要（流密码特性） | 需要（如PKCS#5） |
| 应用场景 | 广泛（HTTPS、文件加密、硬件安全等） | 已弃用（曾用于SSL/TLS、WEP） | 遗留系统（被3DES或AES取代） |
| 是否被破解 | 未发现实用攻击（量子计算威胁待研究） | 已被广泛破解（如Fluhrer-Mantin-Shamir攻击） | 可暴力破解（数小时内） |
| 标准化情况 | NIST标准（FIPS 197） | 未标准化（现已被主流协议禁用） | NIST旧标准（FIPS 46-3，已淘汰） |
| 推荐使用 | ✅ 首选 | ❌ 禁用 | ❌ 禁用（仅3DES临时过渡） |
（至此关于对称密码的文章都已更新完毕，非对称密码已在路上感兴趣请关注）
（需要源代码联系博主免费领取！！还希望多多关注点赞支持，你的支持就是我的最大动力！！！）
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