AES(Advanced Encryption Standard，高級加密標準)是一種廣泛使用的對稱密鑰加密協議，它被設計用于保護電子數據的安全。以下是對AES加密協議的詳細概述：

歷史與標準化

標準化過程：AES是在1997年由比利時密碼學家Joan Daemen和Vincent Rijmen共同提出的Rijndael算法基礎上發展起來的。經過嚴格的國際評審和對比測試，美國國家標準與技術研究院(NIST)于2001年將其選定為新的聯邦數據加密標準，以取代之前廣泛使用的DES(Data Encryption Standard)。

基本特性

1、對稱密鑰加密：AES是一種對稱密鑰加密算法，意味著加密和解密使用相同的密鑰。通信雙方必須事先共享這個密鑰，或者通過安全的密鑰交換協議來獲取對方的密鑰。

2、分組密碼：AES工作在固定長度的數據塊上，即每次處理128位(16字節)的數據。這被稱為分組密碼，因為它將輸入數據劃分為固定大小的塊進行獨立加密。

3、可變密鑰長度：AES支持三種不同的密鑰長度：128位、192位和256位。更長的密鑰提供了更強的加密安全性，但也會增加計算復雜度和資源消耗。

加密結構與流程

AES加密過程基于一系列重復的數學運算，這些運算由以下四個基本操作組成，按照特定的順序重復多次(根據密鑰長度不同，輪數分別為10輪(128位密鑰)、12輪(192位密鑰)或14輪(256位密鑰))：

1. SubBytes：將每個字節替換為一個預先定義好的Sbox(替換盒)中的對應值，實現非線性變換，增強對已知攻擊的抵抗力。

2. ShiftRows：將每個數據行(128位數據塊被劃分為4行)進行循環移位，使得每一行內的字節相互交織，增強密碼的空間擴散特性。

3. MixColumns(除最后一輪外)：對數據塊的每一列(被視為一個四元多項式)應用線性代數運算，進一步混合數據，確保即便在一個分組內存在相關性，也能在加密過程中被充分打亂。

4. AddRoundKey：每個加密輪開始和結束時，都會將當前輪密鑰(由主密鑰經過特定的密鑰擴展算法生成的一系列子密鑰之一)與數據塊進行異或操作，實現密鑰與數據的緊密結合。

安全性和應用

1、安全性：AES設計時考慮了多種攻擊方式，如線性分析、差分分析、已知明文攻擊等。截至你提供的知識截止日期(2024年)，除了針對某些特定硬件平臺的旁道攻擊(如功率分析、定時攻擊)外，AES在標準模型下尚未發現實際有效的密碼分析攻擊，因此被認為是安全的加密標準。

2、廣泛應用：由于其高效、安全、易于實現的特性，AES被廣泛應用于各種安全場景，包括但不限于：

文件和數據庫加密

無線通信安全(如WiFi的WPA/WPA2/WPA3協議)

網絡傳輸層安全(如TLS/SSL協議中的數據加密)

虛擬專用網絡(VPN)和IPsec協議

SSH隧道加密

物聯網設備(如監控攝像機)的數據保護

存儲設備加密(如全磁盤加密)

審核編輯 黃宇