Java AES加密算法详解
在当今信息技术时代，信息安全问题日益重要。为了保护敏感数据的安全性，加密算法变得至关重要。AES（Advanced Encryption Standard）是一种广泛使用的对称加密算法，被认为是目前最安全的加密算法之一。本文将详细介绍AES加密算法的原理以及在Java中的实现。
AES简介
AES是一种对称加密算法，也称为高级加密标准。它使用相同的密钥进行加密和解密，因此被称为对称加密算法。AES算法使用128、192或256位密钥，对数据进行分组处理，每个分组的大小为128位。
AES算法有以下几个特点：
- 安全性高：AES算法被广泛接受，并被政府和商业组织用于加密机密信息。
- 可扩展性好：AES算法可以使用不同的密钥长度，根据需求选择合适的密钥长度。
- 算法效率高：AES算法的加解密速度快，适用于各种应用场景。
AES加密算法原理
AES算法的核心是替代和混淆两个操作。具体来说，AES算法包括四个主要步骤：字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加。
字节替代（SubBytes）
字节替代是AES算法的第一步。在这一步中，通过一个固定的S盒（Substitution box）将每个输入字节替换为另一个字节。S盒是一个16×16的字节映射表，其中每个字节对应一个固定的替代字节。字节替代操作增加了算法的非线性特性，增强了安全性。
代码示例：
/**
* 字节替代操作
* @param state 状态矩阵
*/
public void subBytes(byte[][] state) {
for (int i = 0; i < 4; i++) {
for (int j = 0; j < 4; j++) {
state[i][j] = S_BOX[state[i][j] & 0xFF];
}
}
}
行移位（ShiftRows）
行移位是AES算法的第二步。在这一步中，状态矩阵的每一行都向左循环移位。移位的距离取决于行号。这个操作不仅提供了差异化，还使得每个字节对应不同的列，增加了算法的复杂性。
代码示例：
/**
* 行移位操作
* @param state 状态矩阵
*/
public void shiftRows(byte[][] state) {
for (int i = 1; i < 4; i++) {
byte[] temp = Arrays.copyOfRange(state[i], i, 4);
System.arraycopy(temp, 0, state[i], 0, 4 - i);
System.arraycopy(temp, 4 - i, state[i], 4 - i, i);
}
}
列混淆（MixColumns）
列混淆是AES算法的第三步。在这一步中，状态矩阵的每一列都进行线性变换。混淆操作通过对每个字节进行特定的乘法运算来实现。这个操作增加了算法的扩散性，使得输入数据的每个字节都影响到输出数据的每个字节。
代码示例：
/**
* 列混淆操作
* @param state 状态矩阵
*/
public void mixColumns(byte[][] state) {
for (int i = 0; i < 4; i++) {
byte[] column = new byte[4];
for (int j = 0; j < 4; j++) {
column[j] = state[j][i];
}
mixColumn(column);
for (int j = 0; j < 4; j++) {
state[j][i] = column[j];
}
}
}
/**
* 对列进行混淆
* @param column 列数据
*/
private void mixColumn(byte[] column)
