AES（高级加密标准）是一种广泛使用的对称加密算法，它以字节为单位处理数据，将明文分组加密成密文。AES算法的核心在于一个轮函数，该函数会对数据执行多次变换，包括字节代换、行移位、列混合和轮密钥加。这些操作确保了数据的安全性，使得原始数据经过AES加密后变得无法识别。
AES加密过程
AES加密过程涉及以下几个关键步骤：
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字节代换：这一步使用一个预定义的S盒（替换表）来替换状态矩阵中的每个字节。这是一个非线性过程，增加了密码的复杂性。
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行移位：状态矩阵中的行将根据其行号进行循环左移，第一行不动，第二行移动一个字节，以此类推。
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列混合：这一步涉及到矩阵的乘法，将状态矩阵与一个固定的矩阵相乘，以实现混淆。
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轮密钥加：将状态矩阵与轮密钥进行异或操作。轮密钥是通过密钥编排算法从原始密钥生成的。
AES解密过程
AES解密过程是加密过程的逆过程，涉及逆字节代换、逆行移位、逆列混合和轮密钥加。由于AES的每个步骤都是可逆的，因此可以通过执行相反的操作来解密数据。
密钥扩展
AES算法首先将初始密钥放入一个4x4的状态矩阵中，然后通过密钥编排算法扩展出足够的轮密钥。这个过程包括字循环、字节代换和轮常量异或等步骤。
python代码实现
import string
import random
from Crypto.Cipher import AES
#生成指定长度的密钥
def keyGenerater (length):if length not in (16, 24, 32):return Nonex = string.ascii_letters + string.digitsreturn ''.join([random.choice(x) for i in range (length) ]).encode ()
#返回加密/解密器
def encryptor_decryptor (key,mode):if mode == AES.MODE_ECB:return AES.new(key,mode)return AES.new (key, mode, b'0'* 16)
#使用指定密钥和模式对给定信息进行加密
def AESencrypt (key, mode, text):encryptor = encryptor_decryptor (key,mode) return encryptor.encrypt(text)
#使用指定密钥和模式对给定信息进行解密
def AESdecrypt (key,mode,text):decryptor = encryptor_decryptor (key,mode) return decryptor.decrypt(text)
if __name__=='__main__':text= '玄之又玄,众妙之门。Python is excellent.' key =keyGenerater(16)#随机选择 AES 的模式mode = random.choice((AES.MODE_CBC,AES.MODE_CFB,AES.MODE_ECB,AES.MODE_OFB) )if not key:print('密钥生成错误。') else:print('key:', key.decode ())print('mode:',mode)print('Before encryption:', text)#明文必须以字节串形式,且长度为16的倍数 text_encoded =text.encode() text_length = len (text_encoded)padding_length =16-text_length%16text_encoded = text_encoded + b'0' * padding_length text_encrypted = AESencrypt (key, mode, text_encoded) print('After encryption:', text_encrypted)text_decrypted = AESdecrypt (key, mode, text_encrypted) print ('After decryption:',text_decrypted.decode()[:-padding_length])
)
