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。
aes的意思是：
1、密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，aes），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。
2、原子发射光谱原子发射光谱法（Atomic Emission Spectrometry，简称aes），是利用物质在热激发或电激发下，不同元素的原子或离子发射特征光谱的差别来判断物质的组成，并进而进行元素的定性与定量分析的方法。
aes加密
aes加密过程又包括一个作为初始轮的初始密钥加法（AddRoundKey)，接着进行9次轮变换（Round)，最后再使用一个轮变换（FinalRound)，如图2.1 aes算法加密实现过程所示。
每一次Round均由SubBytes，ShiftRows，MixColumns和AddRoundKey共4个步骤构成，FinalRound包含除MixColumns这一步外的其他3个步骤。轮变换及其每一步均作用在中间结果上，将该中间结果称为状态，可以形象地表示为一个4*4 B的矩阵。
采集器与数据中转站或数据中心间通讯采用住建部导则中规定的aes加MD5身份认证功能，所有数据经过aes-128-CBC加密，该加密算法广泛应用于金融、国防等重要领域拥有良好的安全性。数据采集器操作系统采用裁剪优化的Linux操作系统，关闭了全部无用网络端口，能有效避免网络攻击和病毒入侵。
能耗采集器由通信模块、微处理器芯片、高精度实时时钟、大容量FLASH存储芯片、数据接口设备和人机接口设备等组成。
抄表方式主要通过RS485方式，与有相应接口功能的计量装置（电、水、气、冷热量表等）通信，把需要的信息抄读回来传给采集器，采集器再通过上行通道标准RS485/以太网接口传送给主站（本地服务器/远程数据中心），让主站能够及时管理及获取信息，主站同时能够通过RS485/以太网接口形式对采集器发送相关命令读取或设置参数信息，采集器采集的数据周期性的存储在本地FLASH存储设备中。
aes加密过程涉及到 4 种操作，分别是字节替代、行移位、列混淆和轮密钥加。
1.字节替换：字节代替的主要功能是通过S盒完成一个字节到另外一个字节的映射。
2.行移位：行移位的功能是实现一个4x4矩阵内部字节之间的置换。
4.轮密钥加：加密过程中，每轮的输入与轮密钥异或一次（当前分组和扩展密钥的一部分进行按位异或）；因为二进制数连续异或一个数结果是不变的，所以在解密时再异或上该轮的密钥即可恢复输入。
5.密钥扩展：其复杂性是确保算法安全性的重要部分。当分组长度和密钥长度都是128位时，aes的加密算法共迭代10轮，需要10个子密钥。aes的密钥扩展的目的是将输入的128位密钥扩展成11个128位的子密钥。aes的密钥扩展算法是以字为一个基本单位（一个字为4个字节），刚好是密钥矩阵的一列。因此4个字（128位）密钥需要扩展成11个子密钥，共44个字。
详细过程如下图：
aes加密标准又称为高级加密标准Rijndael加密法，是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的21世纪的加密标准。aes的基本要求是，采用对称分组密码体制，密钥长度可以为128、192或256位，分组长度128位，算法应易在各种硬件和软件上实现。
1998年NIST开始aes第一轮分析、测试和征集，共产生了15个候选算法。
1999年3月完成了第二轮aes2的分析、测试。2000年10月2日美国政府正式宣布选中比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen提出的一种密码算法Rijndael作为aes的加密算法。
aes加密数据块和密钥长度可以是128b、192b、256b中的任意一个。aes加密有很多轮的重复和变换。
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