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AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，它是目前广泛应用的加密标准。对称加密意味着在加密和解密过程中使用相同的密钥。AES采用固定长度的密钥，可以是128位、192位或256位。

AES的设计目标是在不牺牲安全性的前提下提供高性能和高效的加密算法。它是Rijndael算法的一个子集。

AES算法的基本加密过程涉及以下步骤：

1. 初始化密钥扩展：根据密钥的长度，将其扩展为不同的轮密钥，以用于后续的加密轮数。

2. 初始轮：在第一个加密轮中，将明文与第一个轮密钥进行异或运算。

3. 多轮加密：根据密钥的长度，执行多个加密轮，每个轮包括以下四个步骤：

   • 字节替换（SubBytes）：使用S盒替换状态矩阵的每个字节。
   • 行移位（ShiftRows）：对状态矩阵的每一行进行循环位移。
   • 列混淆（MixColumns）：通过乘法运算混淆状态矩阵的列。
   • 轮密钥加（AddRoundKey）：将轮密钥与状态矩阵进行异或运算。

4. 最终轮：在最后一个加密轮中，省略列混淆步骤，只执行字节替换、行移位和轮密钥加。

AES的解密过程与加密过程类似，但是加密轮的顺序相反，即从最终轮开始逆向操作直到初始轮。

AES的主要优势包括：

1. 安全性：AES被广泛认可为安全且强大的加密算法，目前没有已知的有效攻击方法来破解它。密钥长度越长，破解难度越大。

2. 性能：AES的加密和解密速度非常快，适用于各种平台和应用场景。

3. 灵活性：AES支持不同长度的密钥，可根据实际需求选择128位、192位或256位的密钥长度。

由于AES的高性能和可靠性，它被广泛应用于数据保护、加密通信、数据库加密、硬件安全模块（HSM）等领域。然而，无论加密算法多么强大，密钥管理和保护仍然是确保系统安全性的关键因素。只有正确地保护密钥，才能确保AES算法的安全性和有效性。

案例：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;

public class AESExample {

    private static final String SECRET_KEY = "ThisIsASecretKey"; // 16, 24, or 32 bytes long

    public static String encrypt(String data) throws Exception {
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(SECRET_KEY.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);
        byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
    }

    public static String decrypt(String encryptedData) throws Exception {
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(SECRET_KEY.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);
        byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedData));
        return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8);
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            String originalData = "Hello, this is a secret message!";
            String encryptedData = encrypt(originalData);
            String decryptedData = decrypt(encryptedData);

            System.out.println("Original Data: " + originalData);
            System.out.println("Encrypted Data: " + encryptedData);
            System.out.println("Decrypted Data: " + decryptedData);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
 

案例讲解：

1、初始化密钥：

private static final String SECRET_KEY = "ThisIsASecretKey";
我们定义了一个用于AES加密和解密的密钥。请注意，在实际应用中，应该使用更安全的方法生成和管理密钥，并避免在源代码中硬编码密钥。

2、加密方法：

public static String encrypt(String data) throws Exception {
    SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(SECRET_KEY.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);
    byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
}

在encrypt方法中，我们以明文数据（字符串）作为输入，使用AES执行加密。以下是步骤的详细解释：

• 我们将SECRET_KEY字符串转换为SecretKeySpec对象，这是执行AES加密所需的对象。我们使用getBytes方法将密钥字符串转换为字节数组，并指定UTF-8字符编码。

• 我们使用Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding")创建AES Cipher实例。参数"AES/ECB/PKCS5Padding"指定了加密算法（AES）、操作模式（ECB）和填充方案（PKCS5Padding）。请注意，此处使用ECB模式是为了简单起见，但在实际应用中，应该优先使用带有初始化向量（IV）的CBC模式，以提供更好的安全性。

• 我们使用cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec)方法初始化加密的Cipher实例，传入Cipher.ENCRYPT_MODE模式和之前创建的SecretKeySpec。

• 我们使用cipher.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8))加密明文数据，该方法返回加密后的数据字节数组。

• 最后，我们使用Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes)将加密后的字节数组转换为Base64编码的字符串，并返回它。

3、解密方法：

public static String decrypt(String encryptedData) throws Exception {
    SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(SECRET_KEY.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);
    byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedData));
    return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8);
}

decrypt方法接收Base64编码的加密数据作为输入，并使用AES执行解密过程。以下是它的工作原理：

• 我们创建SecretKeySpec对象，使用与加密方法相同的SECRET_KEY字符串和UTF-8编码。

• 我们使用与加密方法相同的参数创建AES Cipher实例。

• 我们使用cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec)方法初始化解密的Cipher实例，传入Cipher.DECRYPT_MODE模式和之前创建的SecretKeySpec。

• 我们使用Base64.getDecoder().decode(encryptedData)将Base64编码的加密数据解码为字节数组。

• 我们使用cipher.doFinal(decryptedBytes)解密加密的数据字节数组，该方法返回解密后的明文数据字节数组。

• 最后，我们使用new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8)将解密后的字节数组转换为字符串，并返回它。