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AES加密算法简介

1AES算法的历史背景

AES（AdvancedEncryptionStandard，高级加密标准）是由美国国家标准与技术研究院（NIST）在2001年正式公布的一种加密算法，用于取代原有的DES（DataEncryptionStandard，数据加密标准）和3DES（TripleDES）。DES算法由于密钥长度较短（56位），在21世纪初已经无法满足日益增长的信息安全需求，而3DES虽然通过增加加密轮数提高了安全性，但其效率较低，不适应高速数据处理的需要。因此，NIST在1997年启动了AES算法的评选过程，最终从五种候选算法中选择了比利时密码学家JoanDaemen和VincentRijmen设计的Rijndael算法作为AES的基础。

Rijndael算法的设计具有高度的灵活性，支持128、192和256位的密钥长度，以及128位的块大小。这种灵活性使得AES能够适应不同的安全需求和计算能力，成为全球广泛采用的加密标准之一。

2AES算法的设计目标

AES算法的设计目标主要集中在以下几个方面：

安全性：AES需要能够抵抗已知的和潜在的密码学攻击，包括线性密码分析、差分密码分析、相关密钥攻击等。为了达到这一目标，AES采用了复杂的数学变换和轮函数，确保即使攻击者掌握了大量的加密数据，也难以推断出密钥或明文。

效率：AES算法在设计时考虑了在各种硬件和软件环境下的执行效率，包括微处理器、智能卡和网络设备等。通过优化算法结构和使用高效的数学运算，AES能够在保证安全性的前提下，实现快速的加密和解密过程。

灵活性：AES支持多种密钥长度，包括128、192和256位，以适应不同的安全需求。同时，AES的块大小固定为128位，但其轮数（加密过程中的迭代次数）会根据密钥长度的不同而变化，从而在灵活性和效率之间找到了平衡。

可验证性：AES算法的设计过程是公开透明的，这使得全球的密码学专家能够对其进行审查和验证，确保其安全性和有效性。这种可验证性是AES能够被广泛接受和采用的重要原因之一。

2.1示例代码：AES加密与解密

下面是一个使用Python的cryptography库进行AES加密和解密的示例代码。我们将使用128位的密钥长度和CBC（CipherBlockChaining，密码块链接）模式进行加密。

fromcryptography.hazmat.primitives.ciphersimportCipher,algorithms,modes

fromcryptography.hazmat.primitivesimportpadding

fromcryptography.hazmat.backendsimportdefault_backend

importos

#生成128位的随机密钥

key=os.urandom(16)

#生成一个随机的初始化向量

iv=os.urandom(16)

#创建AES加密器

backend=default_backend()

cipher=Cipher(algorithms.AES(key),modes.CBC(iv),backend=backend)

#待加密的明文

plaintext=bThisisasecretmessage.

#对明文进行填充，使其长度为16的倍数

padder=padding.PKCS7(128).padder()

padded_plaintext=padder.update(plaintext)+padder.finalize()

#加密过程

encryptor=cipher.encryptor()

ciphertext=encryptor.update(padded_plaintext)+encryptor.finalize()

#解密过程

decryptor=cipher.decryptor()

decrypted_padded_text=decryptor.update(ciphertext)+decryptor.finalize()

#去除填充

unpadder=padding.PKCS7(128).unpadder()

decrypted_text=unpadder.update(decrypted_padded_text)+unpadder.finalize()

print(加密后的密文：,ciphertext)

print(解密后的明文：,decrypted_text)

2.2代码解释

密钥和初始化向量生成：使用os.urand