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); } }
注意事项和最佳实践
- 密钥安全: 密钥的安全性对于保护加密数据至关重要。确保密钥的安全存储和管理，避免在不安全的环境中存储密钥。
- 填充方式: AES算法通常需要指定填充方式。常用的填充方式包括PKCS5Padding和NoPadding。确保在加密和解密时使用相同的填充方式。
- 初始化向量: 在某些模式下，如CBC模式，需要使用初始化向量（IV）来增加加密的随机性。确保在加密时使用随机生成的IV，并在解密时正确地传递IV。
结论
AES算法是一种高效且安全的对称加密算法，在Java中易于使用。通过使用Cipher类进行加密和解密操作，并注意密钥的安全性和填充方式，可以确保数据的安全传输和存储。
