AES加密

AES加密算法详解

AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称密钥分组加密算法，用于保护电子数据的安全性。其核心特点是通过相同的密钥进行加密和解密，属于对称加密体系。。以下从核心特性、加密流程及安全性三方面展开说明：

核心特性

密钥长度：支持128位（AES-128）、192位（AES-192）和256位（AES-256），密钥越长安全性越高[citation:5]。

分组长度：固定为128位（16字节），明文被分割成多个16字节块独立处理[citation:5]。

结构类型：采用SPN（Substitution-Permutation Network）结构，而非DES的Feistel结构，运算效率更高[citation:5]。

加密轮数：

128位密钥：10轮

192位密钥：12轮

256位密钥：14轮

加密流程（以128位为例）

每轮操作包含四个步骤（最后一轮省略列混淆）：
字节代换（SubBytes）：通过S盒（非线性替换表）将每个字节映射为新值，提供混淆性。

行移位（ShiftRows）：状态矩阵的每一行循环左移（第0行不移，第1行移1位，依此类推）。

列混淆（MixColumns）：对每列进行矩阵乘法，增强扩散性（最后一轮跳过此步）。

轮密钥加（AddRoundKey）：将当前轮密钥与状态矩阵逐字节异或（XOR）[citation:5]。

安全性分析

抗攻击能力：对已知攻击（如差分分析、线性分析）具有强抵抗力，128位密钥需穷举约3.52×10³⁸次尝试，当前算力不可行[citation:5]。

潜在风险：理论存在侧信道攻击（如功耗分析），但可通过硬件防护缓解[citation:5]。

Go语言实现AES加解密

以下代码使用Go标准库crypto/aes和crypto/cipher实现AES-128的CBC模式加解密，包含完整错误处理和密钥生成逻辑：

package mainimport ("crypto/aes""crypto/cipher""crypto/rand""encoding/base64""errors""fmt""io"
)// 加密函数（CBC模式）
func encrypt(plaintext []byte, key []byte) (string, error) {// 校验密钥长度（必须16/24/32字节）if len(key) != 16 && len(key) != 24 && len(key) != 32 {return "", errors.New("invalid key size (must be 16, 24, or 32 bytes)")}// 创建AES加密块block, err := aes.NewCipher(key)if err != nil {return "", err}// 填充明文至块大小整数倍plaintext = pkcs7Pad(plaintext, aes.BlockSize)// 初始化向量（IV）ciphertext := make([]byte, aes.BlockSize+len(plaintext))iv := ciphertext[:aes.BlockSize]if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {return "", err}// 加密数据mode := cipher.NewCBCEncrypter(block, iv)mode.CryptBlocks(ciphertext[aes.BlockSize:], plaintext)// 返回Base64编码结果return base64.StdEncoding.EncodeToString(ciphertext), nil
}// 解密函数（CBC模式）
func decrypt(ciphertextBase64 string, key []byte) ([]byte, error) {// 解码Base64ciphertext, err := base64.StdEncoding.DecodeString(ciphertextBase64)if err != nil {return nil, err}// 校验密钥长度if len(key) != 16 && len(key) != 24 && len(key) != 32 {return nil, errors.New("invalid key size")}// 创建AES解密块block, err := aes.NewCipher(key)if err != nil {return nil, err}// 分离IV和密文if len(ciphertext) < aes.BlockSize {return nil, errors.New("ciphertext too short")}iv := ciphertext[:aes.BlockSize]ciphertext = ciphertext[aes.BlockSize:]// 解密数据mode := cipher.NewCBCDecrypter(block, iv)mode.CryptBlocks(ciphertext, ciphertext)// 去除填充return pkcs7Unpad(ciphertext)
}// PKCS#7填充
func pkcs7Pad(data []byte, blockSize int) []byte {padding := blockSize - len(data)%blockSizepadText := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)return append(data, padText...)
}// PKCS#7去填充
func pkcs7Unpad(data []byte) ([]byte, error) {if len(data) == 0 {return nil, errors.New("empty data")}padding := int(data[len(data)-1])if padding > len(data) {return nil, errors.New("invalid padding")}return data[:len(data)-padding], nil
}func main() {key := []byte("32-byte-long-encryption-key-1234") // 32字节密钥（AES-256）plaintext := "Hello, AES加密测试！"// 加密ciphertext, err := encrypt([]byte(plaintext), key)if err != nil {fmt.Println("加密失败:", err)return}fmt.Printf("加密结果（Base64）: %s\n", ciphertext)// 解密decrypted, err := decrypt(ciphertext, key)if err != nil {fmt.Println("解密失败:", err)return}fmt.Printf("解密结果: %s\n", decrypted)
}