一、AES 算法簡(jiǎn)介
高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（英語(yǔ)：Advanced Encryption Standard，縮寫：AES），在密碼學(xué)中又稱Rijndael加密法，是美國(guó)聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)替換原先的 DES.
背景介紹：1997年1月2號(hào)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（National Institute of Standards and Technology: NIST）宣布希望征集高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（Advanced Encryption Standard: AES），用以取代DES。AES得到了全世界很多密碼工作者的響應(yīng)，先后有很多人提交了自己設(shè)計(jì)的算法。最終有5個(gè)候選算法進(jìn)入最后一輪：Rijndael，Serpent，Twofish，RC6和MARS。最終經(jīng)過(guò)安全性分析、軟硬件性能評(píng)估等嚴(yán)格的步驟，Rijndael算法獲勝。
AES 算法的區(qū)塊長(zhǎng)度固定為128位（16 字節(jié)），密鑰長(zhǎng)度則可為128位，192位，256位。加密模式可采用 ECB，CBC，CTR，OFB，CFB 等模式進(jìn)行加密。
其中 ECB 與 CBC 模式是對(duì)數(shù)據(jù)原文做加密處理，原文長(zhǎng)度的必須為 16 或 16 的倍數(shù)方可加密成功，不足16倍數(shù)的部分則需進(jìn)行 Padding 處理（Padding 方式為 PKCS5 Padding 或 PKCS7 Padding）。
CTR，OFB，CFB 模式則是對(duì)待加密數(shù)據(jù)的 IV 做加密處理，原文長(zhǎng)度不需為 16 或 16 的倍數(shù)，原文長(zhǎng)度與密文長(zhǎng)度相等。
AES 屬于對(duì)稱加密即加密密鑰與解密密鑰是相同的，加密速度快。
二、AES 加密原理
AES 是分組密碼技術(shù)，將明文進(jìn)行分組加密，每組為固定128位（16字節(jié)）區(qū)塊長(zhǎng)度，不足 128 位的部分需采用補(bǔ)位方式，將其補(bǔ)全成為 128 位數(shù)據(jù)后進(jìn)行加密。AES密鑰區(qū)塊長(zhǎng)度可為 128位，192位，256位區(qū)塊長(zhǎng)度，加密過(guò)程中采用 Rijndael 提出的特定的密鑰生成方案。
AES 128 10輪
AES 191 12輪
AES 256 14輪
加解密步驟：
AES 加密分為 4步。
- SubBytes()，ShiftRows()，MixColumns()，AddRoundKey()。
AES 解密分為 4步。 - 逆向 MixColumn 子層, 逆向 ShiftRow 子層, 逆向 SubBytes 層，逆向 AddRoundKey()。
SubBytes()
字節(jié)替換，AES 定義了一個(gè) 16(0~F) * 16(0~F) 字節(jié)的 S 盒（S-Box)，將輸入的數(shù)據(jù) 16 byte(4 * 4) 按照 S 盒的內(nèi)容進(jìn)行依次替換。例如數(shù)據(jù)為0x31，則需找到 S-Box 中橫坐標(biāo)為 3 縱坐標(biāo)為 1 的值，進(jìn)行替換操作。
ShiftRows()
ShiftRows 行位移變換是狀態(tài)數(shù)組的第一行保持不變，第二行循環(huán)左移一個(gè)字節(jié)，第三行循環(huán)左移兩個(gè)字節(jié)，第四行循環(huán)左移三個(gè)字節(jié)。行移位變換的目的就是增加 AES 的擴(kuò)展屬性。
MixColumns()
MixColumns 列混淆變換是一個(gè)線性變換，混淆了狀態(tài)矩陣的每一列。列混淆變換中，每輸入的一個(gè)字節(jié)均影響了 4 個(gè)輸出字節(jié)，MixColumn 操作是 AES 中的主要擴(kuò)散元素。ShiftRows() 和 MixColumns() 組合操作使得三輪以后，狀態(tài)矩陣的每個(gè)字節(jié)都依賴于所有 16 個(gè)明文字節(jié)成為可能。
AddRoundKey()
密鑰加法層是將 16 字節(jié)的當(dāng)前狀態(tài)矩陣和 16 字節(jié)的子密鑰通過(guò)按位 XOR 操作結(jié)合在一起的。
三、AES 模式說(shuō)明
分組密碼算法（DES，AES，SM4等）只能加密固定長(zhǎng)度的分組，當(dāng)待加密明文數(shù)據(jù)長(zhǎng)度都超過(guò)分組密碼長(zhǎng)度時(shí)，就需要對(duì)分組密碼算法進(jìn)行迭代，將明文數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，迭代的方法稱為分組密碼的模式。
ECB 模式
ECB 模式全稱為電子密碼本模式，ECB 模式中，將明文分組加密之后的結(jié)果直接拼接成密文分組。
ECB 模式中相同的明文分組會(huì)被轉(zhuǎn)換成為相同的密文分組。
計(jì)算支持并行計(jì)算（加密，解密）。
ECB 模式存在非常大的風(fēng)險(xiǎn)，攻擊者不需要破譯密碼就可以操作明文。
分組1：卡號(hào)A
分組2：金額1
分組3：卡號(hào)B
交易信息為卡號(hào)A 向卡號(hào)B 轉(zhuǎn)賬 金額1，攻擊者將分組信息對(duì)調(diào)成 卡號(hào)B 向卡號(hào)A 轉(zhuǎn)賬 金額1，攻擊者無(wú)需解析密文，就能更改交易信息，顯然是存在風(fēng)險(xiǎn)的。
CBC 模式
CBC 模式全稱為密碼分組鏈接模式，CBC 模式中加密過(guò)程引入初始化向量 IV，第一包數(shù)據(jù)與初始化向量 IV 做異或操作后進(jìn)行加密，接下來(lái)將明文分組與前一個(gè)密文分組進(jìn)行 異或操作后在進(jìn)行加密。
計(jì)算支持并行計(jì)算（僅解密）。
CFB 模式
CFB 模式為密文反饋模式，在 CFB 模式中，明文分組并沒(méi)有直接進(jìn)行加密，第一包數(shù)據(jù)將初始化向量加密，密文值與明文分組進(jìn)行異或操作，接下來(lái)依次將每次異或得到的結(jié)果進(jìn)行加密得到數(shù)據(jù)密文。
計(jì)算支持并行計(jì)算（僅解密），可以解密任意分組。
OFB 模式
OFB 模式為輸出反饋模式，OFB 模式中，密碼算法的輸出會(huì)反饋到密碼算法的輸入中。OFB 模式中，XOR 所需要的比特序列可以事先通過(guò)密碼算法生成，和明文分組無(wú)關(guān)。只要提前準(zhǔn)備好所需的密鑰流，則在實(shí)際從明文生成密文的過(guò)程中，就不需要?jiǎng)討B(tài)密碼算法了。
計(jì)算不支持并行計(jì)算（加密，解密）。
CTR 模式
CTR 模式為計(jì)數(shù)器模式，CTR 模式是一種通過(guò)將逐次累加的計(jì)數(shù)器進(jìn)行加密來(lái)生成密鑰流的流密碼。CTR 模式中，每個(gè)分組對(duì)應(yīng)一個(gè)逐次累加的計(jì)數(shù)器，并通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加密來(lái)生成密鑰流。最終的密文分組是通過(guò)將計(jì)數(shù)器加密得到的比特序列，與明文分組進(jìn)行異或得到。CTR 模式可以以任意順序?qū)Ψ纸M進(jìn)行加解密，在加解密時(shí)需要用到的 “計(jì)數(shù)器” 的值可以由分組序號(hào)直接計(jì)算出來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，支持并行計(jì)算的系統(tǒng)中，CTR 模式的速度非常快。CFB，OFB 模式均推薦使用 CTR 模式代替。
支持并行計(jì)算（加密，解密）。
四、參考
參考鏈接：
https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Encryption_Standard
http://csrc.nist.gov/encryption/aes/rijndael/Rijndael.pdf
http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips197/fips-197.pdf
https://bbs.pediy.com/thread-253884.htm
參考書(shū)籍：
《深入淺出密碼學(xué)》
《圖解密碼技術(shù)》
參考代碼：
LGPL-AES:https://tls.mbed.org/source-code
