高级加密标准算法AES
AES 算法简介
高级加密标准（AdvancedEncryptionStandard，AES）是美国联邦政府采用的分组密码标准，由比利时密码学家JoanDaemen和VincentRijmen设计，又称Rijndael加密法。该标准于2001年11月26日由美国国家标准与技术研究院（NIST）发布于FIPSPUB197文件，2002年5月26日生效，旨在替代数据加密标准（DES）。1999年4月从15个候选算法中筛选出5个入围方案，2000年10月选定Rijndael算法，2001年正式确立为AES。
AES 算法参数
采用代换-置换网络(SPN) 结构，加密和解密操作在4X4字节矩阵（称为状态）上进行。AES算法的分组大小固定为128比特，根据密钥长度的不同共分为3个版本，分别为AES-128(10轮)，AES-192(12轮)和AES-256(14轮)。
AES算法状态矩阵
AES 算法轮函数
Xi+1=F(Xi，RKi)=RKA(RKi)○MixColumn○ShiftRow○SubByte(Xi)
轮函数F分为4步：
（1）字节替换(SubByte)：将状态矩阵中的16个字节通过S盒进行非线性代换。如下图所示：
S盒的查找表和其逆查表如下图所示：
S盒查找表
S盒逆查表
（2）行移位(ShiftRow)：将状态矩阵的第j行循环移位j个字节。如下图所示：
（3）列混合(MixColumn)：将状态矩阵的每一列左乘MDS矩阵M。如下图所示：
矩阵M和其逆矩阵M^-1如下图所示：
（4）轮密钥加(RKA)：将状态矩阵的每一个字节异或轮密钥对应位置的字节。如下图所示：
AES 的加密算法
记AES算法的轮数为R，则在第1轮之前有一个轮密钥加操作，第1到R-1轮的轮函数(为F)一致，第R轮的轮函数(为Fz)没有列混合操作。
AES 的解密算法
记AES算法的轮数为R，则在第R轮的轮函数(为Fz-1)没有列混合操作，第R-1到1轮的轮函数(为F-1)一致，第1轮之后有一个轮密钥加操作。
AES 算法密钥扩展算法
AES 算法总结
AES是当今全球应用最广泛、安全性最高的分组加密标准。相比被取代的DES，AES在密钥空间、抗攻击性、效率和灵活性 上都有质的提升。与其他算法的简单比较
| 算法 | 类型 | 密钥/分组长度 | 主要特点与适用场景 |
|---|---|---|---|
| AES | 分组加密算法 | 128/192/256位密钥，128位分组 | 全球标准，安全高效，通用性最强，适合绝大多数场景。 |
| ChaCha20 | 序列密码算法 | 256位密钥，64位Nonce | 软件性能好，常用于移动设备及作为TLS中AES的替代。 |
| SM4 | 分组加密算法 | 128位密钥，128位分组 | 中国商用密码标准，用于需要符合中国密码法规的场景。 |
| ACORN | 认证加密算法 | 128位密钥 | 轻量级 ，为资源极度受限的物联网等设备设计，通用性弱。 |