aes密钥保存 android aes秘钥

本文介绍了AES加密算法供了五种不同的工作模式、明文填充模式、默认加密模式和填充模式。

哈希摘要算法：MD5,SHA，不可逆
对称加密算法：AES，可逆（DES的替代者）

1.密钥

密钥是AES算法实现加密和解密的根本。对称加密算法之所以对称，是因为这类算法对明文的加密和解密需要使用同一个密钥。
AES支持三种长度的密钥：128位，192位，256位
平时大家所说的AES128，AES192，AES256，实际上就是指的AES算法对不同长度密钥的使用。

2.填充

要想了解填充的概念，我们先要了解AES的分组加密特性。

什么是分组加密呢？我们来看看下面这张图：

AES算法在对明文加密的时候，并不是把整个明文一股脑加密成一整段密文，而是把明文拆分成一个个独立的明文块，每一个明文块长度128bit。

这些明文块经过AES加密器的复杂处理，生成一个个独立的密文块，这些密文块拼接在一起，就是最终的AES加密结果。

但是这里涉及到一个问题：

假如一段明文长度是192bit，如果按每128bit一个明文块来拆分的话，第二个明文块只有64bit，不足128bit。这时候怎么办呢？就需要对明文块进行填充（Padding）。

AES加密的填充方式：

• NoPadding：不做任何填充，但是要求明文必须是16字节的整数倍，一般不会使用。
• PKCS5Padding（默认）：如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符，且每个字节的值等于缺少的字符数。
  比如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}
• PKCS7Padding：对于AES来说PKCS5Padding和PKCS7Padding是完全一样的，不同在于PKCS5限定了块大小为8bytes而PKCS7没有限定。因此对于AES来说两者完全相同，但是对于Rijndael就不一样了。AES是Rijndael在块大小为8bytes时的特例，对于使用其他信息块大小的Rijndael算法只能使用PKCS7
  2020.5.24更新：在AES加密当中严格来说是不能使用pkcs5的，因为AES的块大小是16bytes而pkcs5只能用于8bytes，通常我们在AES加密中所说的pkcs5指的就是pkcs7！（感谢评论区指出这个问题）-
• ZerosPadding：全部填充0x00，无论缺多少全部填充0x00，已经是128bits倍数仍要填充。
• ISO10126Padding：
  如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字节，最后一个字符值等于缺少的字符数，其他字符填充随机数。
  比如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则可能补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6}

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/131324301

需要注意的是，如果在AES加密的时候使用了某一种填充方式，解密的时候也必须采用同样的填充方式。

3.模式

AES的工作模式，体现在把明文块加密成密文块的处理过程中。AES加密算法提供了五种不同的工作模式：ECB、CBC、CTR、CFB、OFB

模式之间的主题思想是近似的，在处理细节上有一些差别。我们这一期只介绍各个模式的基本定义。

• ECB模式（默认）：
  
• CBC模式：
  密码分组链接模式 Cipher Block Chaining
• CTR模式：
  计算器模式 Counter
• CFB模式：
  密码反馈模式 Cipher FeedBack
• OFB模式：
  输出反馈模式 Output FeedBack

具体分成多少轮呢？

初始轮（Initial Round） 1次
普通轮（Rounds） N次
最终轮（Final Round） 1次

AES的Key支持三种长度：AES128，AES192，AES256。Key的长度决定了AES加密的轮数。
除去初始轮，各种Key长度对应的轮数如下：

AES128：10轮
AES192：12轮
AES256：14轮

初始轮只有一个步骤：

1. 加轮密钥（AddRoundKey）

普通轮有四个步骤：

1. 字节代替（SubBytes）
2. 行移位（ShiftRows）
3. 列混淆（MixColumns）
4. 加轮密钥（AddRoundKey）

最终轮有三个步骤：

1. 字节代替（SubBytes）
2. 行移位（ShiftRows）
3. 加轮密钥（AddRoundKey）

1. 字节替代（SubBytes）

首先需要说明的是，16字节的明文块在每一个处理步骤中都被排列成4X4的二维数组。

所谓字节替代，就是把明文块的每一个字节都替代成另外一个字节。替代的依据是什么呢？

依据一个被称为S盒（Subtitution Box）的16X16大小的二维常量数组。

假设明文块当中a[2,2] = 5B（一个字节是两位16进制），那么输出值b[2,2] = S[5][11]。

2. 行移位（ShiftRows）

这一步很简单，就像图中所描述的：

• 第一行不变
• 第二行循环左移1个字节
• 第三行循环左移2个字节
• 第四行循环左移3个字节

3. 列混淆（MixColumns）

这一步，输入数组的每一列要和一个名为修补矩阵（fixed matrix）的二维常量数组做矩阵相乘，得到对应的输出列。

4. 加轮密钥（AddRoundKey）

这一步是唯一利用到密钥的一步，128bit的密钥也同样被排列成4X4的矩阵。

让输入数组的每一个字节a[i,j]与密钥对应位置的字节k[i,j]异或一次，就生成了输出值b[i,j]。

需要补充一点，加密的每一轮所用到的密钥并不是相同的。这里涉及到一个概念：扩展密钥（KeyExpansions）。

扩展密钥（KeyExpansions）

AES源代码中用长度 4 * 4 *（10+1） 字节的数组W来存储所有轮的密钥。W{0-15}的值等同于原始密钥的值，用于为初始轮做处理。
后续每一个元素W[i]都是由W[i-4]和W[i-1]计算而来，直到数组W的所有元素都赋值完成。
W数组当中，W{0-15}用于初始轮的处理，W{16-31}用于第1轮的处理，W{32-47}用于第2轮的处理 …一直到W{160-175}用于最终轮（第10轮）的处理。

4.模式解析（KeyExpansions）

AES加密的四种模式详解（ECB、CBC、CFB、OFB）：javascript:void(0)

AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB）：
javascript:void(0)

4.1 ECB模式

ECB模式是最简单的工作模式，在该模式下，每一个明文块的加密都是完全独立，互不干涉的。

这样的好处是什么呢？

1. 简单
2. 有利于并行计算

缺点同样也很明显：

1. 相同的明文块经过加密会变成相同的密文块，因此安全性较差。

4.2 CBC模式

CBC模式（Cipher Block Chaining）引入了一个新的概念：初始向量IV（Initialization Vector）。

IV是做什么用的呢？它的作用和MD5的“加盐”有些类似，目的是防止同样的明文块始终加密成同样的密文块。

从图中可以看出，CBC模式在每一个明文块加密前会让明文块和一个值先做异或操作。IV作为初始化变量，参与第一个明文块的异或，后续的每一个明文块和它前一个明文块所加密出的密文块相异或。

这样以来，相同的明文块加密出的密文块显然是不一样的。

CBC模式的好处是什么呢？

1. 安全性更高

坏处也很明显：

1. 无法并行计算，性能上不如ECB
2. 引入初始化向量IV，增加复杂度。

5. 在线工具

AES加密/解密：https://the-x.cn/zh-cn/cryptography/Aes.aspx

在线AES加密解密：https://tool.lmeee.com/jiami/aes

base64解码16进制显示：http://www.linuxkiss.com/tools/base64.html

有时候不咋好使：http://tool.chacuo.net/cryptaes

说明：AES数据块长度为128位，所以IV长度需要为16个字符（ECB模式不用IV），密钥根据指定密钥位数分别为16、24、32个字符，IV与密钥超过长度则截取，不足则在末尾填充’\0’补足

参考资料

AES加密的四种模式详解（ECB、CBC、CFB、OFB）：

AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB）：

openssl AES加密以及padding

linux以下C 利用openssl的AES库加密，解密