目录

一、介绍

1.1 什么是AES

1.2AES的的原理

1.3 AES的优缺点

1.3.1 优点

1.3.2 缺点

1.4 AES的应用场景

1.4.1 金融行业

1.4.2 电子商务

1.4.3 政府通信

1.4.4 医疗信息加密

1.4.5 数据库加密

1.4.6 VPN加密

1.4.7 网络安全

1.4.8 移动设备安全

1.4.9 资源文件加密

二、AES算法实现

2.1 AES的参数

2.2 AES的实现

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一、介绍

1.1 什么是AES

AES，全称为Advanced Encryption Standard，也称为高级加密标准，或者Rijndael加密法（该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字）。

AES是一种对称加密算法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准，由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年发布。

AES作为之前的DES加密算法的替代方案，是目前最流行的对称加密方案，目前仍被广泛地应用在各种开发活动中。

对称加密

加密和解密使用相同的密钥，对称性加密解密性能好效率高，适合经常发送数据的场景。缺点是密钥的传输和管理比较麻烦。

非对称加密

加密和解密用的密钥是不同的，这种加密方式是用数学上的难解问题构造的，通常加密解密的速度比较慢，适合偶尔发送数据的场合。优点是密钥传输方便。常见的非对称加密算法为RSA、ECC和EIGamal。

1.2AES的的原理

本段内容引用自AES加密算法原理的详细介绍与实现，可以去那边看更详细的介绍

AES的加密流程如图所示

介绍下各个部分的作用与意义：

明文P

没有经过加密的数据。

密钥K

用来加密明文的密码，在对称加密算法中，加密与解密的密钥是相同的。密钥为接收方与发送方协商产生，但不可以直接在网络上传输，否则会导致密钥泄漏，通常是通过非对称加密算法加密密钥，然后再通过网络传输给对方，或者直接面对面商量密钥。密钥是绝对不可以泄漏的，否则会被攻击者还原密文，窃取机密数据。

AES加密函数

设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明文，K为密钥，C为密文。也就是说，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C。

密文C

经加密函数处理后的数据

AES解密函数

设AES解密函数为D，则 P = D(K, C),其中C为密文，K为密钥，P为明文。也就是说，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P。

实际中，一般是通过RSA加密AES的密钥，传输到接收方，接收方解密得到AES密钥，然后发送方和接收方用AES密钥来通信。

1.3 AES的优缺点

1.3.1 优点

安全性高：

AES算法采用了复杂的数学运算和混淆技术，使得攻击者很难从密文中推断出明文内容，即使获取了加密密钥也难以破解。经过多方分析和测试，AES算法被认为是目前最安全的对称加密算法之一。

效率高

AES算法采用了并行处理和优化的加密方式，使得加密和解密的速度都非常快，适用于大规模的数据加密需求。

兼容性良好

AES算法在硬件和软件上都有广泛的支持，易于集成和使用。

灵活性高

AES算法支持不同的密钥长度，分别为128位、192位和256位，可以根据实际需求选择合适的密钥长度，以满足不同级别的安全需求。

1.3.2 缺点

密钥长度较短

AES的密钥长度为56位，这在现代加密标准中可能被视为较短，因此其安全性相对较低，可能受到穷举攻击。

密钥管理复杂

由于AES算法支持多种密钥长度，过多的密钥在管理和保密上可能成为一个问题。

1.4 AES的应用场景

AES仍然被广泛应用在各种开发场景中，以下列出一些常见的应用场景

1.4.1 金融行业

AES加密算法常用于保护银行卡交易、ATM机交易、电子支付等金融交易领域中的数据传输，以确保交易过程的安全性。也用于保护用户账户的信息安全。

1.4.2 电子商务

AES加密算法可用于保护在线交易的数据传输，包括信用卡信息、客户信息等敏感数据的加密和解密。

1.4.3 政府通信

AES加密算法可用于保护政府机构之间的通信，包括机密文件传输、电子邮件通信等。

1.4.4 医疗信息加密

医疗档案关乎病人的生命安全，可以使用AES技术保护医院医疗档案的安全性。

1.4.5 数据库加密

AES加密算法可用于数据库中敏感数据的加密和解密，以保护数据隐私和机密性。

1.4.6 VPN加密

AES加密算法可用于虚拟专用网络（VPN）连接的加密和解密，以确保数据的安全传输。

1.4.7 网络安全

AES加密算法可用于保护数据传输和通信过程中的安全，包括防止黑客攻击、网络入侵等网络安全问题。

1.4.8 移动设备安全

AES加密算法可用于保护移动设备的数据存储和传输，包括智能手机、平板电脑等设备。

1.4.9 资源文件加密

对应用或游戏的资源素材文件进行加密，防止使用逆向技术解析出应用或游戏中的素材文件。

二、AES算法实现

2.1 AES的参数

Key Length（密钥长度/位数）

不论密钥长度为多少，AES的明文分组始终为16字节（4字，128位），密钥长度可以为128位（16字节）、192位（24字节）、256位（32字节），根据密钥长度的不同，AES分为AES-128、AES-192、AES-256三种。

Key（密钥）

Key指的是密钥，如果密钥位数不够，某些库可能会自动填充。如AES-128位数不够就会自动填充到128位。

Mode（加密模式）

AES的模式包含ECB, CBC, CFB, OFB, CTR。AES常用的GCM模式，其实是带GMAC（伽罗瓦消息验证码）的CTR模式。

IV（向量）

IV称为初始向量，不同的IV加密后的字符串是不同的，加密和解密需要相同的IV。AES加密算法的各种模式中，只有ECB模式不需要IV，同时其安全性也是最低的。在使用同一种加密同一个密钥时不应该使用相同的IV，否则会失去一定甚至全部的安全性。

针对不同的模式，IV代表的意义也不一样：

ECB模式没有IV；

CBC模式中IV是用于与第一个明文分组抑或，然后对抑或结果加密，相当于第一个预设的密文块，长度同分组块长度；

CFB模式中IV是第一个用于加密的内容，然后与明文块抑或，相当于第一个预设的密文块，长度同分组块长度；

OFB模式中IV是第一个用于加密的内容，长度同分组块长度；

CTR模式中IV可以理解为计数器的初始值。

Padding（填充方式）

CFB，OFB和CTR模式不需要任何特殊措施来处理长度不是块大小倍数的消息，因为这些模式通过将明文与块密码的输出进行异或工作。ECB和CBC要求在加密之前填补最终的块。常用的PADDING模式为PKCS5, PKCS7, NOPADDING，ZerosPadding，ISO 10126，ANSI X9.23，ISO / IEC 7816-4。

2.2 AES的实现

以下提供C#中的一个AES加密的实现，可以通过自定义的key和iv对string和byte[]数据进行加密，大家也可以自己尝试一下

<code>using System;

using System.IO;

using System.Security.Cryptography;

using System.Text;

/// <summary>

/// Aes加密

/// </summary>

public class AesEncryptUtils

{

//字符串转字节数组

private static byte[] StringToBytes(string str, int length)

{

byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(str);

Array.Resize(ref bytes, length);

return bytes;

}

//字节数组转字符串

private static string BytesToString(byte[] bytes)

{

string str = Encoding.UTF8.GetString(bytes);

return str;

}

//加密-String转String

public static string Encrypt(string str,string key,string iv)

{

return Convert.ToBase64String(Encrypt(StringToBytes(str, str.Length+4), key, iv));//注意长度+4

}

//加密-Bytes转Bytes

public static byte[] Encrypt(byte[] bytes,string key,string iv)

{

using (Aes aes = Aes.Create())

{

aes.Key = StringToBytes(key,32);

aes.IV = StringToBytes(iv,16);

ICryptoTransform encryptor = aes.CreateEncryptor(aes.Key, aes.IV);

byte[] encryptedBytes;

using (MemoryStream msEncrypt = new MemoryStream())

{

using (CryptoStream csEncrypt = new CryptoStream(msEncrypt, encryptor, CryptoStreamMode.Write))

{

csEncrypt.Write(bytes, 0, bytes.Length);

}

encryptedBytes = msEncrypt.ToArray();

}

return encryptedBytes;

}

}

//解密-String转String

public static string Decrypt(string str,string key,string iv)

{

return BytesToString(Decrypt(Convert.FromBase64String(str), key, iv));

}

//解密-Bytes转Bytes

public static byte[] Decrypt(byte[] bytes,string key,string iv)

{

using (Aes aes = Aes.Create())

{

aes.Key = StringToBytes(key,32);

aes.IV = StringToBytes(iv,16);

ICryptoTransform decryptor = aes.CreateDecryptor(aes.Key, aes.IV);

using (MemoryStream msDecrypt = new MemoryStream(bytes))

{

using (CryptoStream csDecrypt = new CryptoStream(msDecrypt, decryptor, CryptoStreamMode.Read))

{

using (MemoryStream msOutput = new MemoryStream())

{

csDecrypt.CopyTo(msOutput);

return msOutput.ToArray();

}

}

}

}

}

}