AES（Advanced Encryption Standard）是一种广泛使用的对称加密算法，旨在替代老旧的DES算法。它在1997年由美国国家标准与技术研究所（NIST）发起一个公开竞赛，目的是找到一种新的加密标准来取代DES，并于2001年正式选定Rijndael算法作为AES的实现。AES旨在提供比DES更强的安全性，同时在各种硬件和软件中都能高效运行，包括在资源受限的环境中。
AES算法的核心特点：
- 对称密钥加密：AES是一种对称密钥加密算法，意味着加密和解密使用相同的密钥。它是一种分组加密机制，能够高效处理大量数据。
- 密钥长度：AES支持三种密钥长度：128、192和256位。不同的密钥长度提供了不同级别的安全性，用户可以根据需要选择适合的密钥长度。
- 固定数据块大小：AES将数据分组为128位（16字节）的块进行加密，不论所选的密钥长度如何。
- 高安全性：AES设计来抵抗已知的所有攻击类型，包括时间攻击、能量分析攻击等。
- 灵活性和高效性：AES能够在广泛的平台上高效运行，从高端服务器到小型嵌入式微控制器，包括软件和硬件实现。
加密过程：
AES的加密过程包括多个轮次的变换。对于128位密钥，有10轮变换；192位密钥有12轮；256位密钥则有14轮。每一轮变换包括四个基本步骤：SubBytes（字节替换）、ShiftRows（行移位）、MixColumns（列混淆），以及AddRoundKey（轮密钥加）。
- SubBytes（字节替换）：通过一个非线性替换步骤，每个字节被替换为S盒中的另一个字节。
- ShiftRows（行移位）：对数据块的每一行进行循环移位。
- MixColumns（列混淆）：对每一列应用一个特定的数学函数，混合数据块的每一列。
- AddRoundKey（轮密钥加）：每一轮的加密过程中，数据块与一个轮密钥进行异或操作。轮密钥由原始加密密钥经过密钥扩展算法生成。
AES的解密过程是加密过程的逆过程，应用相同的步骤但以逆序执行，并使用相同的密钥。
由于其坚固的安全性和高效性，AES被广泛应用于各种安全通信标准和协议中，成为当今数字安全领域的基石之一。
初始化向量
初始化向量（IV, Initialization Vector）是在密码学中使用的一个非常重要的概念，尤其是在块加密算法中。它是一个固定大小的数据块，与密钥一起用于加密的初始步骤。初始化向量的主要作用是为加密过程提供一个随机或伪随机的起点，以保证即使使用相同的密钥，相同的明文块也会产生不同的密文块，从而增强加密的安全性。
IV的关键特性包括：
- 随机性：
- IV需要足够随机，以确保加密过程的不可预测性。理想情况下，每次加密时都应使用新的随机生成的IV。
- 唯一性：
- 为了防止重放攻击，IV应该是唯一的，尤其是在相同的密钥用于多次加密操作时。这就是为什么通常建议每次加密时使用新的IV。
- 不需要保密：
- IV不需要保密，它可以明文传输或存储，因为它本身不是密钥。但是，IV的选择和使用方式必须安全，以防止潜在的攻击。
IV的使用场景：
- 块加密模式：
- 在块加密中，如AES、DES等，IV通常用于CBC（Cipher Block Chaining）模式或CFB（Cipher Feedback）模式等。在这些模式中，每个块的加密依赖于前一个块的密文，而IV用于加密第一个块。
- 流加密：
- 在流加密或基于流的模式（如CTR，Counter mode）中，IV可以用作计数器的一部分，确保每个加密块都有不同的密钥流。
生成和管理IV的最佳实践：
- 安全生成：使用密码学安全的随机数生成器生成IV，以确保其随机性。
- 适当传输：虽然IV不需要保密，但应确保其在通信过程中不被篡改。
- 与密钥分开：IV和密钥应该独立生成，避免使用密钥派生IV或相反的情况。