AES，全称Advanced Encryption Standard，即高级加密标准，是由美国国家标准与技术研究院（NIST）在2001年发布的。它旨在取代早期的数据加密标准（DES），并提供更高的安全性。AES算法是一种对称加密算法，即加密和解密使用相同的密钥。
一、AES算法的工作原理
AES支持多种密钥长度，最常见的是128位、192位和256位。密钥长度越长，加密强度越高，相应地，计算资源消耗也会增加。
AES算法通过多轮次的置换-置换网络（SPN）结构来实现加密过程。每轮操作包括字节替换（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混合（MixColumns）和添加轮密钥（AddRoundKey）四个步骤。这些步骤的组合使得AES算法能够有效地混淆和扩散输入数据，从而生成难以破解的密文。
解密过程是加密过程的逆操作，通过相反的顺序执行逆字节替换（InvSubBytes）、逆行移位（InvShiftRows）、逆列混合（InvMixColumns）和添加轮密钥（AddRoundKey）等步骤来还原原始数据。
1.1 密钥扩展
AES算法的第一步是密钥扩展。在这一步中，算法将输入的密钥（可以是128位、192位或256位）扩展成多个轮密钥。这些轮密钥将在后续的加密轮次中使用。密钥扩展过程确保了每轮加密都使用不同的密钥，从而增强了算法的安全性。
1.2 加密过程
AES的加密过程包括多个轮次的处理，每个轮次都包含以下四个步骤：
「行移位（ShiftRows）」：行移位操作将数据块中的每一行进行循环左移。不同行的移动距离不同，这有助于在加密过程中进一步扩散数据。 「列混合（MixColumns）」（除最后一轮外）：在这一步中，算法使用一个固定的矩阵与数据块的每一列进行矩阵乘法运算。这个操作进一步混淆了数据，并增强了加密过程的非线性性。然而，在最后一轮加密中省略了这一步，以简化解密过程。 「轮密钥加（AddRoundKey）」：在这一步中，算法将当前轮次的轮密钥与数据块进行异或运算。这个操作将密钥信息融入到加密过程中，确保了每轮加密都使用不同的密钥。
经过多轮处理后，算法输出加密后的密文数据。
1.3 解密过程
AES的解密过程是加密过程的逆操作。它首先使用与加密过程相同的密钥扩展算法生成轮密钥。然后，从最后一轮开始逆向执行解密操作，包括逆行移位、逆字节替换、逆列混合（除第一轮外）和轮密钥加等步骤。最终，解密过程输出原始的明文数据。
二、AES的用法
Java标准库中的javax.crypto包提供了完整的加密框架和API，支持包括AES在内的多种加密算法：
import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.KeyGenerator;import javax.crypto.SecretKey;import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;import java.nio.charset.StandardCharsets;import java.security.NoSuchAlgorithmException;import java.util.Base64;public class AESExample {// AES 密钥长度（128位、192位、256位），这里使用128位private static final int AES_KEY_SIZE = 128;// 加密方法public static String encrypt(String plainText, String secretKey) throws Exception {// 将密钥转换为AES密钥规范SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(secretKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");// 创建Cipher实例，并初始化为加密模式Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);// 对明文进行加密byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));// 将加密后的字节数组转换为Base64编码的字符串return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);}// 解密方法public static String decrypt(String encryptedText, String secretKey) throws Exception {// 将密钥转换为AES密钥规范SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(secretKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");// 创建Cipher实例，并初始化为解密模式Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);// 将Base64编码的加密字符串转换为字节数组byte[] encryptedBytes = Base64.getDecoder().decode(encryptedText);// 对加密的字节数组进行解密byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(encryptedBytes);// 将解密后的字节数组转换为字符串return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8);}// 生成AES密钥public static String generateAESKey() throws NoSuchAlgorithmException {// 创建AES密钥生成器KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");keyGenerator.init(AES_KEY_SIZE);// 生成AES密钥SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();// 将密钥转换为Base64编码的字符串return Base64.getEncoder().encodeToString(secretKey.getEncoded());}public static void main(String[] args) {try {// 生成AES密钥String secretKey = generateAESKey();System.out.println("生成的AES密钥：" + secretKey);String plainText = "这是一个需要加密的明文";System.out.println("原始明文：" + plainText);String encryptedText = encrypt(plainText, secretKey);System.out.println("加密后的文本：" + encryptedText);String decryptedText = decrypt(encryptedText, secretKey);System.out.println("解密后的明文：" + decryptedText);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}
「注意」：代码使用ECB模式，但ECB模式通常不推荐用于加密，因为它不提供足够的安全性。建议使用更安全的模式，如CBC或GCM。
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