本文共 1655 字，大约阅读时间需要 5 分钟。

AES加密过程详解

AES简介

高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)是当前最为广泛使用的对称加密算法之一。它用于保护敏感数据，例如微信小程序中的加密传输。AES算法的核心特点是加密与解密使用相同的密钥，且加密过程涉及四个主要步骤：字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加。每一步操作都有对应的逆操作，确保加密和解密过程可逆。

AES加密流程

AES算法以16字节为单位，将明文、密文和轮密钥表示为4x4矩阵。加密过程包括以下四个阶段：

1. 字节替换

通过S盒对每个字节进行映射。S盒是一种非线性变换，确保加密结果具有更高的安全性。每个字节的映射规则如下：

S盒映射规则：S0(0x01), S1(0x02), S2(0x03), S3(0x04), S4(0x05), S5(0x06), S6(0x07), S7(0x08), S8(0x09), S9(0x0A), S10(0x0B), S11(0x0C), S12(0x0D), S13(0x0E), S14(0x0F), S15(0x10), S16(0x11), S17(0x12), S18(0x13), S19(0x14), S20(0x15), S21(0x16), S22(0x17), S23(0x18), S24(0x19), S25(0x1A), S26(0x1B), S27(0x1C), S28(0x1D), S29(0x1E), S30(0x1F), S31(0x20), S32(0x21), S33(0x22), S34(0x23), S35(0x24), S36(0x25), S37(0x26), S38(0x27), S39(0x28), S40(0x29), S41(0x2A), S42(0x2B), S43(0x2C), S44(0x2D), S45(0x2E), S46(0x2F), S47(0x30), S48(0x31), S49(0x32), S50(0x33), S51(0x34), S52(0x35), S53(0x36), S54(0x37), S55(0x38), S56(0x39), S57(0x3A), S58(0x3B), S59(0x3C), S60(0x3D), S61(0x3E), S62(0x3F), S63(0x40)。

2. 行移位

行移位操作通过对4x4矩阵的行进行循环移位来实现混淆。具体移位规则如下：

移位数取决于密钥的高四位，移位范围为0-15。如果移位数为0，则行不发生变化。

3. 列混淆

列混淆采用矩阵乘法和域GF(28)上的运算来实现列之间的置换。具体运算规则包括：

1. 乘法：将某列字节乘以2（注意处理溢出情况）。2. 加法：满足分配率，即a·b + c·b = (a + c)·b。3. 运算模2：所有加法运算均采用异或（模2加法）。

4. 轮密钥加

轮密钥加通过对数据块与轮密钥进行按位异或来实现加密。该阶段不使用列混淆操作，后续阶段恢复时也无需额外处理，确保加密过程的可逆性。

AES密钥扩展

AES密钥扩展是确保算法安全性的关键步骤。初始密钥扩展为11个子密钥，每个子密钥长度为128位。具体扩展过程如下：

1. 初始密钥按4个字（32位）分组，记为w[0-3]。2. 根据递推公式w[i] = w[i-4] ⊕ w[i-1]计算后续子密钥。3. 最终生成11个子密钥，用于十轮加密过程。

AES解密过程

AES解密过程与加密过程相似，但需要执行逆操作。具体步骤包括：

1. 字节替换：使用S盒逆映射。2. 行移位：逆移位。3. 列混淆：执行逆向矩阵乘法。4. 轮密钥加：与加密时的轮密钥异或恢复明文。

AES与其他加密算法的区别

对称加密算法（如AES）与非对称加密算法（如RSA）主要区别在于密钥的使用方式。对称加密使用相同的密钥，适合大量数据加密；非对称加密使用不同的密钥，适合安全性要求高的场合。