【基础】常见加密算法（如AES、RSA）

# 2.1 AES算法

AES（高级加密标准）算法是一种对称块密码算法，由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年发布，用于取代DES算法。AES算法具有安全强度高、计算效率高、易于实现等优点，广泛应用于各种加密应用中。

### 2.1.1 AES算法的原理

AES算法采用迭代加密结构，将输入的明文分组为128比特的块，并使用一个128、192或256比特的密钥进行加密。加密过程包括以下几个步骤：

- **密钥扩展：**将密钥扩展为一个密钥调度表，其中包含多个轮密钥。
- **初始轮变换：**将明文块与初始轮密钥进行异或运算。
- **轮变换：**对明文块进行10、12或14轮迭代变换，每轮变换包括以下四个子变换：
- 字节代换（SubBytes）：使用一个非线性变换表将每个字节替换为另一个字节。
- 行移位（ShiftRows）：将每一行中的字节循环移位一定数量。
- 列混合（MixColumns）：将每一列中的字节进行线性变换。
- 轮密钥加（AddRoundKey）：将轮密钥与明文块进行异或运算。
- **最终轮变换：**对明文块进行最终轮变换，其中不包含列混合子变换。

# 2. 对称加密算法

对称加密算法是一种加密算法，它使用相同的密钥来加密和解密数据。这意味着加密和解密过程使用相同的算法和密钥。对称加密算法具有速度快、效率高的特点，因此广泛应用于各种场景中。

### 2.1 AES算法

#### 2.1.1 AES算法的原理

AES（高级加密标准）是一种对称分组密码算法，由美国国家标准与技术研究所（NIST）于2001年发布。AES采用迭代加密结构，将数据块分割为128位大小的块，并使用128、192或256位长的密钥进行加密。

AES加密过程包括以下步骤：

1. **密钥扩展：**将密钥扩展为一个密钥调度表，其中包含用于每一轮加密操作的子密钥。
2. **初始轮：**将明文与初始密钥进行异或运算。
3. **轮变换：**进行10、12或14轮加密操作，每轮操作包括以下步骤：
- **字节代换（SubBytes）：**将每个字节替换为S盒中的另一个字节。
- **行移位（ShiftRows）：**将每一行的字节循环移位。
- **列混合（MixColumns）：**将每一列的字节进行线性变换。
- **密钥加（AddRoundKey）：**将子密钥与状态矩阵进行异或运算。
4. **最终轮：**进行与初始轮类似的操作，但省略字节代换步骤。

#### 2.1.2 AES算法的密钥长度和模式

AES算法支持三种密钥长度：128位、192位和256位。密钥长度越长，加密强度越高，但加密和解密速度也会降低。

AES算法还支持多种操作模式，包括：

- **电子密码本（ECB）：**将明文逐块加密，每个块独立加密，不依赖于其他块。
- **密码块链接（CBC）：**将每个明文块与前一个密文块进行异或运算后再加密。
- **计数器（CTR）：**使用计数器生成密钥流，与明文进行异或运算。
- **加密反馈（CFB）：**将密文块的一部分反馈到加密过程中。
- **输出反馈（OFB）：**使用密文块生成密钥流，与明文进行异或运算。

### 2.2 其他对称加密算法

#### 2.2.1 DES算法

DES（数据加密标准）是一种对称分组密码算法，于1977年由美国国家标准局（NBS）发布。DES采用迭代加密结构，将数据块分割为64位大小的块，并使用56位长的密钥进行加密。

DES加密过程包括以下步骤：

1. **初始置换：**将明文块进行初始置换。
2. **轮变换：**进行16轮加密操作，每轮操作包括以下步骤：
- **密钥扩展：**将密钥扩展为16个子密钥。
- **左右交换：**将左右两部分交换。
- **F函数：**将右半部分与子密钥进行F函数运算。
- **左右异或：**将F函数输出与左半部分进行异或运算。
3. **最终置换：**将交换后的左右两部分进行最终置换。

#### 2.2.2 3DES算法

3DES（三重DES）是一种对称分组密码算法，由DES算法派生而来。3DES使用三个DES密钥，分别对明文进行三次加密，从而提高加密强度。

3DES加密过程包括以下步骤：

1. **密钥扩展：**将三个DES密钥扩展为三个密钥调度表。
2. **加密：**将明文块使用第一个DES密钥进行加密，然后使用第二个DES密钥解密，最后再使用第三个DES密钥加密。
3. **解密：**将密文块