【加密】-AES与对称加密

AES与对称加密

其实，AES 是对称加密，而非非对称加密，这是一个常见的误解。接下来，我将从加密原理、对称加密的含义和它的应用，以及如何在彌入式环境中应用给你逐一解释。

对称加密与非对称加密的区别

对称加密：加密和解密使用相同的密钥。比如，AES就是典型的对称加密算法。你和对方使用相同的密钥来加密和解密数据。

举个例子：

假设你和朋友有一个秘密的锁（密钥），你用这个锁把信封加锁（加密），然后朋友用同样的锁打开信封（解密）。

但是，问题在于如果别人拿到了这个锁（密钥），就能打开信封，所以密钥的保密至关重要。

非对称加密：加密和解密使用不同的密钥。通常有一个公钥和一个私钥。例如，RSA是一个典型的非对称加密算法。公钥用于加密数据，而私钥用于解密数据。加密方用公钥加密，解密方用私钥解密。

举个例子：

公钥就像一个信箱，你只能用它来投信，不能用它取信。私钥就像信箱的钥匙，只有拥有私钥的人才能取出信件。

AES加密原理（对称加密的实现）

AES 是一种使用固定长度密钥（128位、192位或256位）来加密数据的对称加密算法。它的基本原理包括以下几个步骤：

分块处理：

AES 将输入数据分为固定长度的块（例如128位）。如果数据不够长度，会使用填充方法填充至适当长度。

多轮变换：

AES通过多轮的操作来进行加密，通常是10轮（对于128位密钥）。每一轮包括：

字节替代（SubBytes）：使用一个固定的替代表替换数据块中的字节。

行移位（ShiftRows）：把数据块中的每一行进行循环移位。

列混淆（MixColumns）：混合数据块的列。

轮密钥加（AddRoundKey）：每一轮都与密钥进行异或操作，使得密钥影响最终的结果。

解密过程：

解密的步骤与加密相似，只不过是逆操作。每一轮的操作都会反转，即：移位和替代反向，密钥加法也会反向。

AES加密的示例（通俗易懂的举例）

假设我们有一段明文：

明文：Hello, World!

我们将这段文字使用一个 128位的密钥（假设密钥是随机生成的）加密：

明文通过AES算法被分成多个数据块（通常是16字节）。

每一个数据块都通过上述的AES操作（SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey）进行加密，最终生成的密文是不可读的。

解密过程：

密文再次通过反向操作（逆SubBytes、逆ShiftRows、逆MixColumns、AddRoundKey）与加密时的密钥进行运算，最终恢复出明文。

对称加密在嵌入式中的应用

在嵌入式系统中，AES经常被用来进行数据加密，确保通信的安全性。比如：

无线传输：在物联网设备中，AES可用于加密传输的数据，防止被恶意截获。

固件加密：嵌入式设备的固件可以通过AES加密，防止恶意篡改。

存储加密：某些设备可能需要加密存储的数据，AES可以保护设备中的敏感数据。

Ubuntu下的C++验证代码

下面是一个在Ubuntu环境下使用C++和OpenSSL库来验证AES加密的简单示例代码：

安装OpenSSL库（如果没有安装）

sudo apt-get update

sudo apt-get install libssl-dev

C++代码示例

#include

#include <openssl/aes.h>

#include <openssl/rand.h>

#include

using namespace std;

void print_hex(unsigned char* data, int len) {

for (int i = 0; i < len; ++i)

printf("%02x ", data[i]);

printf("\n");

}

int main() {

// 明文

unsigned char plainText[] = "Hello, World!";

unsigned char key[AES_BLOCK_SIZE]; // 128 bit key (16 bytes)

unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE]; // 初始化向量

复制代码

// 随机生成密钥和IV
if (!RAND_bytes(key, AES_BLOCK_SIZE) || !RAND_bytes(iv, AES_BLOCK_SIZE)) {
    cerr << "Error generating random bytes!" << endl;
    return 1;
}

// 打印密钥和IV
cout << "Key: ";
print_hex(key, AES_BLOCK_SIZE);
cout << "IV: ";
print_hex(iv, AES_BLOCK_SIZE);

// 加密
AES_KEY encryptKey;
AES_set_encrypt_key(key, 128, &encryptKey);

unsigned char encryptedText[AES_BLOCK_SIZE]; // 存储密文
AES_cbc_encrypt(plainText, encryptedText, AES_BLOCK_SIZE, &encryptKey, iv, AES_ENCRYPT);

cout << "Encrypted: ";
print_hex(encryptedText, AES_BLOCK_SIZE);

// 解密
AES_KEY decryptKey;
AES_set_decrypt_key(key, 128, &decryptKey);

unsigned char decryptedText[AES_BLOCK_SIZE];
AES_cbc_encrypt(encryptedText, decryptedText, AES_BLOCK_SIZE, &decryptKey, iv, AES_DECRYPT);

cout << "Decrypted: ";
print_hex(decryptedText, AES_BLOCK_SIZE);
cout << "Decrypted Text: " << decryptedText << endl;

return 0;

}

解释：

密钥和IV（初始化向量）：我们使用OpenSSL生成一个128位密钥（16字节）和初始化向量（IV），它们是AES加密中不可或缺的部分。

加密和解密：首先用AES_cbc_encrypt进行加密，然后用相同的密钥和IV进行解密，恢复明文。

输出：打印密钥、IV、加密后的密文和解密后的明文。

编译与运行：

g++ -o aes_example aes_example.cpp -lssl -lcrypto

./aes_example

总结

对称加密是加密和解密使用相同密钥的加密方式，AES是经典的对称加密算法，广泛用于保护数据的机密性。

AES加密过程是多轮复杂的数学变换，确保数据在没有密钥的情况下无法被破解。

在嵌入式系统中，AES被广泛应用于保护通信、存储和固件等敏感数据。

通过简单的C++代码，你可以在Ubuntu上验证AES加密与解密过程。