AES算法（Advanced Encryption Standard，高级加密标准） 是一种广泛使用的对称密钥加密算法，用于保护电子数据的机密性。它取代了旧的DES（数据加密标准），成为全球政府、金融、互联网等领域事实上的加密标准。
以下是关于AES的核心要点：
1. 核心特性
- 对称加密：加密和解密使用同一个密钥（与RSA的非对称加密不同）。
- 分组密码：将明文数据分成固定长度的块（Block）进行加密（AES块大小为128位）。
- 密钥长度可选：支持128位、192位、256位三种密钥长度（安全性递增）。
- 高效可靠：软硬件实现效率高，抗已知攻击（如差分/线性密码分析）。
2. 算法结构：迭代的“轮函数”
AES通过多轮重复操作（称为轮函数）实现加密。轮数取决于密钥长度：
- 128位密钥：10轮
- 192位密钥：12轮
- 256位密钥：14轮
每轮操作（对数据块的处理）：
- SubBytes（字节替换）
- 使用S盒（替换表） 对每个字节非线性替换，增加混淆性。
- ShiftRows（行移位）
- 将数据块视为4×4矩阵，每行循环左移不同偏移量（第0行不移，第1行移1位，以此类推）。
- MixColumns（列混合）
- 对每一列进行线性变换（矩阵乘法），扩散字节间的影响。
- AddRoundKey（轮密钥加）
- 将当前轮密钥（由初始密钥扩展生成）与数据块按位异或（XOR）。
首轮和末轮有细微调整：
- 首轮前仅执行
AddRoundKey（初始轮密钥加）。- 末轮省略
MixColumns步骤。
3. 密钥扩展（Key Expansion）
- 将初始密钥扩展生成多个轮密钥（总轮数+1个）。
- 通过循环移位、S盒替换、与轮常数异或等操作生成新密钥。
4. 解密过程
解密是加密的逆过程，依次执行逆操作：
逆字节替换（InvSubBytes） → 逆行移位（InvShiftRows） → 逆列混合（InvMixColumns） → 轮密钥加（AddRoundKey）。
5. 安全性
- 理论安全：目前无已知实用性的数学攻击能破解AES（128位及以上密钥）。
- 暴力破解不可行：
AES-128：尝试所有密钥需 (2^{128}) 次操作（宇宙寿命内无法完成）。AES-256：被NSA用于保护最高机密信息（TOP SECRET）。
- 侧信道攻击：实际应用中需防范时序攻击、功耗分析等（通过硬件安全设计抵御）。
6. 应用场景
AES无处不在，几乎所有需要加密的场景都有它的身影：
- 网络通信：HTTPS/SSL/TLS、VPN（如IPsec）、Wi-Fi（WPA2/WPA3）。
- 文件/磁盘加密：BitLocker（Windows）、FileVault（macOS）、Veracrypt。
- 数据存储：数据库加密、云存储（AWS S3服务端加密）。
- 加密货币：加密钱包、区块链交易隐私保护。
- 软件保护：授权验证、防篡改。
7. 为什么AES比DES更好？
| 特性 | DES（已淘汰） | AES |
|---|---|---|
| 密钥长度 | 56位（易被暴力破解） | 128/192/256位（抗暴力） |
| 分组大小 | 64位 | 128位（更安全高效） |
| 设计结构 | Feistel网络 | SPN结构（扩散性更强） |
| 效率 | 慢（硬件优化差） | 软硬件均高效 |
8. 重要事实
- 标准化：2001年由NIST（美国国家标准与技术研究院） 正式选定（击败其他候选算法如Twofish、Serpent）。
- 设计者：比利时密码学家Joan Daemen与Vincent Rijmen（原名Rijndael）。
- 开放免费：AES不受专利限制，可自由使用。
总结
AES是当今最安全、最高效的对称加密算法，凭借其严谨的数学结构、灵活的密钥长度和广泛的工业支持，成为保护数字世界的基石技术。无论是个人隐私还是国家安全，AES都在幕后默默提供强大的加密保障。
AES对象：
@Data
public class AESUtil {private final String AES = "AES";private Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES);public AESUtil() throws Exception {}/*** 加密** @param content 需要加密的内容* @return*/public byte[] encrypt(String password, String content) {try {
// KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
// keyGen.init(256, new SecureRandom(password.getBytes()));
// SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(keyGen.generateKey().getEncoded(), "AES");SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(password.getBytes(), AES);byte[] byteContent = content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);return cipher.doFinal(byteContent);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();System.out.println("AES加密失败" + e.getMessage());}return null;}/*** 解密** @param content 需要解密的内容* @return*/public byte[] decrypt(String password, byte[] content) {try {
// KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
// keyGen.init(256, new SecureRandom(password.getBytes()));
// SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(keyGen.generateKey().getEncoded(), "AES");SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(password.getBytes(), AES);cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);return cipher.doFinal(content);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();System.out.println("AES加密失败" + e.getMessage());}return null;}
}
目标接口：AESTargetAble
public interface AESTargetAble {/*** 加密** @param content 需要加密的内容* @return*/byte[] encrypt(String password, String content);/*** 解密** @param content 需要解密的内容* @return*/byte[] decrypt(String password, byte[] content);/*** 采用AES/ECB/NoPadding时，要求密钥长度16、24、32中的一个、待加密内容的byte[]长度必须是16的倍数** @param content 需要加密的内容* @return*/byte[] encryptOther(String password, String content);/*** 采用AES/ECB/NoPadding时，要求密钥长度16、24、32中的一个、待加密内容的byte[]长度必须是16的倍数** @param content 需要解密的内容* @return*/byte[] decryptOther(String password, byte[] content);}
适配器Wrapper
@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Wrapper implements AESTargetAble {private AESUtil aesUtil;/*** 加密** @param password* @param content 需要加密的内容* @return*/@Overridepublic byte[] encrypt(String password, String content) {return aesUtil.encrypt(password, content);}/*** 解密** @param password* @param content 需要解密的内容* @return*/@Overridepublic byte[] decrypt(String password, byte[] content) {return aesUtil.decrypt(password, content);}/*** 采用AES/ECB/NoPadding时，要求密钥长度16、24、32中的一个、待加密内容的byte[]长度必须是16的倍数** @param password* @param content 需要加密的内容* @return*/@Overridepublic byte[] encryptOther(String password, String content) {try {SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(password.getBytes(), aesUtil.getAES());aesUtil.setCipher(Cipher.getInstance("AES/ECB/NoPadding"));byte[] contentBytes = content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);Cipher cipher = aesUtil.getCipher();cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);return cipher.doFinal(password.getBytes());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();System.out.println("AES加密失败" + e.getMessage());}return null;}/*** 采用AES/ECB/NoPadding时，要求密钥长度16、24、32中的一个、待加密内容的byte[]长度必须是16的倍数** @param password* @param content 需要解密的内容* @return*/@Overridepublic byte[] decryptOther(String password, byte[] content) {try {byte[] bytePassword = password.getBytes();
// bytePassword = checkByteLength(bytePassword);SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(bytePassword, "AES");Cipher cipher = aesUtil.getCipher();cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);return cipher.doFinal(content);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();System.out.println("AES解密失败" + e.getMessage());}return null;}
}
测试类：
public class AESMain {public static void main(String[] args) throws Exception {String password = "passwordpassword";String content = "学习算法，有益身心健康!！";AESUtil aesUtil = new AESUtil();Wrapper wrapper = new Wrapper(aesUtil);byte[] encryptResult = wrapper.encrypt(password, content);byte[] decryptResult = wrapper.decrypt(password, encryptResult);System.out.println("加密后的数据:" + Base64.getEncoder().encodeToString(encryptResult));System.out.println("解密后的数据:" + new String(decryptResult));//采用AES/ECB/NoPadding时，要求密钥长度16、24、32中的一个、待加密内容的byte[]长度必须是16的倍数byte[] encryptOther = wrapper.encryptOther(password, content);byte[] decryptOther = wrapper.decryptOther(password, encryptOther);System.out.println("加密后的数据:" + Base64.getEncoder().encodeToString(encryptOther));System.out.println("解密后的数据:" + new String(decryptOther));}
}
