aes加解密算法实现（aes加密与解密）
aes加解密算法实现（aes加密与解密）
AES是分组密钥，算法输入128位数据，密钥长度也是128位。用Nr表示对一个数据分组加密的轮数（加密轮数与密钥长度的关系如表1所列）。每一轮都需要一个与输入分组具有相同长度的扩展密钥Expandedkey(i)的参与。由于外部输入的加密密钥K长度有限,所以在算法中要用一个密钥扩展程序(Keyexpansion)把外部密钥K扩展成更长的比特串,以生成各轮的加密和解密密钥。\x0d\x0a1.1圈变化\x0d\x0aAES每一个圈变换由以下三个层组成:\x0d\x0a非线性层——进行Subbyte变换；\x0d\x0a线行混合层——进行ShiftRow和MixColumn运算；\x0d\x0a密钥加层——进行AddRoundKey运算。\x0d\x0a① Subbyte变换是作用在状态中每个字节上的一种非线性字节转换,可以通过计算出来的S盒进行映射。\x0d\x0a\x0d\x0a② ShiftRow是一个字节换位。它将状态中的行按照不同的偏移量进行循环移位，而这个偏移量也是根据Nb的不同而选择的[3]。\x0d\x0a\x0d\x0a③ 在MixColumn变换中,把状态中的每一列看作GF(28)上的多项式a(x)与固定多项式c(x)相乘的结果。 b(x)=c(x)*a(x)的系数这样计算:\x0d\x0a*运算不是普通的乘法运算,而是特殊的运算，即 b(x)=c(x)·a(x)(mod x4+1) 对于这个运算 b0=02。a0+03。a1+a2+a3 令xtime(a0)=02。a0\x0d\x0a其中，符号“。”表示模一个八次不可约多项式的同余乘法[3]。\x0d\x0a\x0d\x0a对于逆变化,其矩阵C要改变成相应的D,即b(x)=d(x)＊a(x)。\x0d\x0a④ 密钥加层运算(addround)是将圈密钥状态中的对应字节按位“异或”。\x0d\x0a\x0d\x0a⑤ 根据线性变化的性质[1],解密运算是加密变化的逆变化。
1. php的aes算法，加密时会存在空格，0，\0等方式进行补长，所以解密后需要进行trim操作，才能得到原数据串
2. aes加密后进行base64_encode，但是解密时，直接用aes进行解密，不需要先base64_decode.【这个操作很骚气】
function _decryptData($data,$password, $iv){
$decryptData=openssl_decrypt($data, 'aes-128-cbc', $password, OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv);
$data =json_decode(trim($decryptData), true);
return $data;
}
function encryptData($data, $password, $iv){
$data = json_encode($data);//$data是一个数组，如果是字符串，请忽略此句.
$result = base64_encode(openssl_encrypt($data, 'aes-128-cbc', $password, OPENSSL_RAW_DATA, $iv));
return $result;
}
AesGCM是微信底层通信协议中使用的一种最为重要的加解密算法，在尝试使用OpenSSL库实现这套算法的过程中，遇到了以下几个值得注意的点：
在ECB/CCB模式下，补位信息是算法实现必须考虑的一个维度。但在GCM模式下，补位信息是完全不需要考虑的，明文与密文有着相同的长度。
在普通的Aes加解密算法中，需要从key/iv/padding/mode这四个维度来考虑算法的实现。而AesGcm算法中却需要从下面这几个维度来实现算法：
微信底层通信协议中，服务端下发的密文数据总是比明文数据长了16个字节，导致这种现象的主要原因是微信实现时将加密使用的tag信息拼接到了密文数据中，客户端使用JAVA接口解密时，在接口的内部能够自动的截取tag信息后再解密出明文数据。我并不能确认这种方式是BouncyCastle的固有实现还是微信自己的独有实现。关于拼接这块的逻辑，可以参见 这里 。
当使用OpenSSL实现解密微信下发的密文数据时，如果不知道拼接tag这层逻辑时，是不可能成功解密出明文数据的。
加密算法分为单向加密和双向加密。
单向加密 包括 MD5 ， SHA 等摘要算法。单向加密算法是不可逆的，也就是无法将加密后的数据恢复成原始数据，除非采取碰撞攻击和穷举的方式。像是银行账户密码的存储，一般采用的就是单向加密的方式。
双向加密 是可逆的，存在密文的密钥，持有密文的一方可以根据密钥解密得到原始明文，一般用于发送方和接收方都能通过密钥获取明文的情况。双向加密包括对称加密和非对称加密。对称加密包括 DES 加密， AES 加密等，非对称加密包括 RSA 加密， ECC 加密。
AES 算法全称 Advanced Encryption Standard ,是 DES 算法的替代者，也是当今最流行的对称加密算法之一。
要想学习AES算法，首先要弄清楚三个基本的概念：密钥、填充、模式。
密钥是 AES 算法实现加密和解密的根本。对称加密算法之所以对称，是因为这类算法对明文的加密和解密需要使用同一个密钥。
AES支持三种长度的密钥：
128位，192位，256位
平时大家所说的AES128，AES192，AES256，实际上就是指的AES算法对不同长度密钥的使用。从安全性来看，AES256安全性最高。从性能来看，AES128性能最高。本质原因是它们的加密处理轮数不同。
要想了解填充的概念，我们先要了解AES的分组加密特性。AES算法在对明文加密的时候，并不是把整个明文一股脑加密成一整段密文，而是把明文拆分成一个个独立的明文块，每一个明文块长度128bit。
这些明文块经过AES加密器的复杂处理，生成一个个独立的密文块，这些密文块拼接在一起，就是最终的AES加密结果。
但是这里涉及到一个问题：
假如一段明文长度是192bit，如果按每128bit一个明文块来拆分的话，第二个明文块只有64bit，不足128bit。这时候怎么办呢？就需要对明文块进行填充（Padding）。AES在不同的语言实现中有许多不同的填充算法，我们只举出集中典型的填充来介绍一下。
不做任何填充，但是要求明文必须是16字节的整数倍。
如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符，且每个字节的值等于缺少的字符数。
比如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}
如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字节，最后一个字符值等于缺少的字符数，其他字符填充随机数。
比如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则可能补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6}
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。
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。
电码本模式 Electronic Codebook Book
密码分组链接模式 CipherBlock Chaining
计算器模式 Counter
密码反馈模式 CipherFeedBack
输出反馈模式 OutputFeedBack
如果在AES加密的时候使用了某一种工作模式，解密的时候也必须采用同样的工作模式。
AES加密主要包括两个步骤： 密钥扩展 和 明文加密 。
密钥扩展过程说明（密钥为16字节）：
函数g的流程说明：
轮常量（Rcon）是一个字，最右边三个字节总为0。因此字与Rcon相异或，其结果只是与该字最左的那个字节相异或。每轮的轮常量不同，定位为Rcon[j] = (RC[j], 0, 0, 0)。（RC是一维数组）
RC生成函数：RC[1] = 1, RC[j] = 2 * RC[j – 1]。
因为16字节密钥的只进行10轮的扩展，所以最后生成的RC[j]的值按16进制表示为：
十轮的密钥扩展后，就能生成44个字大小的扩展密钥。扩展后的密钥将用于AES对明文的加密过程。
S盒是16×16个字节组成的矩阵，行列的索引值分别从0开始，到十六进制的F结束，每个字节的范围为（00-FF）。
进行字节代替的时候，把状态中的每个字节分为高4位和低4位。高4位作为行值，低4位作为列值，以这些行列值作为索引从S盒的对应位置取出元素作为输出，如下图所示：
S盒的构造方式如下：
（1） 按字节值得升序逐行初始化S盒。在行y列x的字节值是{yx}。
（2） 把S盒中的每个字节映射为它在有限域GF中的逆;{00}映射为它自身{00}。
（3） 把S盒中的每个字节的8个构成位记为(b7, b6, b5, b4, b3, b2, b1)。对S盒的每个字节的每个位做如下的变换：
ci指的是值为{63}的字节c的第i位。
解密过程逆字节代替使用的是逆S盒，构造方式为
字节d={05}。
逆向行移位将状态中后三行执行相反方向的移位操作，如第二行向右循环移动一个字节，其他行类似。
要注意，图示的矩阵的乘法和加法都是定义在GF(2^8)上的。
逆向列混淆原理如下：
轮密钥加后的分组再进行一次轮密钥加就能恢复原值.所以，只要经过密钥扩展和明文加密，就能将明文加密成密文，进行解密的时候，只需要进行逆向变换即可。
图[AES加密算法的流程]中还需要注意，明文输入到输入状态后，需要进行一轮的轮密钥加，对输入状态进行初始化。 前9轮的加密过程，都需要进行字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加，但是第10轮则不再需要进行列混淆。
进行解密的时候，需要进行逆向字节替代，逆向行移位、逆向列混淆和轮密钥加。
