AES加密是什么？它真的是2025年最好的加密算法吗？

最近更新: 2025年1月13日

AES 加密是保护数字信息最可靠的方法之一。2001 年，美国政府经过严格筛选后，首次采用了高级加密标准（AES），其现已成为加密领域速度、可靠性和安全性的全球基准。

这种加密技术对于确保敏感数据免遭窃取或篡改至关重要。它的安全性极强，甚至是计算速度最快的超级计算机也需要数十亿年才能暴力破解这种加密算法。得益于其牢不可破的加密强度，AES 已成为网络安全的基石，广泛应用于从网银交易到政府文件保护等各个领域。

AES 加密技术可能已嵌入到你日常使用的工具中，默默为你的安全保驾护航。例如，1Password 等密码管理器和 ExpressVPN 等虚拟专用网络（VPN）都采用 AES 加密算法保护用户的密码、财务信息和个人隐私。今天，让我们共同了解 AES 加密技术在当今数字世界中的重要性。

编辑备注：ExpressVPN 与本网站均由同一家公司持有。

AES 加密算法的运作原理

AES 加密通过将数据转换为加扰格式来保护数据，没有正确的密钥则无法读取。它通过一系列复杂的步骤来实现这一目的，每个步骤都在增加破解加密数据的难度。

下面，我们将逐步介绍 AES 加密的运作原理：

第一步：将数据分割成块。AES 以 128 位数据块为单位处理数据。如果输入数据量较大，数据会被分割成多个 128 位的块。如果最后一个数据块不足 128 位，则会通过填充的方式将其补齐。

第二步：密钥扩展。初始 AES 密钥（长度可以是 128、192 或 256 位）会被扩展成密钥调度字数组。这些扩展后的密钥将在后续的加密轮次中使用。我们以“conservationists”为例。

第三步：添加轮密钥。在第一轮 AES 加密中，使用布尔代数运算（即 XOR）将初始数据块与第一个轮密钥组合。XOR 是“Exclusive Or”的缩写。只有当两个输入值不同时，运算结果才为真。

第四步：字节替换。在这一步中，算法使用基于固定查找表，用 Rijndael S 盒（替换盒）将每个字节的数据替换为另一个字节。

第五步：行移位。然后，将数据矩阵的每一行按照特定规则移位。第一行保持不变，第二行移动 1 个位置，第三行移动 2 个位置，第四行移动 3 个位置。

第六步：列混合。接下来，将数据矩阵的每一列进行混合。此步骤通过有限（伽罗瓦）域内的数学矩阵乘法计算完成。

第七步：（再次）添加轮密钥。数据混合后，再次通过 XOR 运算（类似于步骤 3）将新的轮密钥添加到数据中。需要注意的是，这里使用的轮密钥与初始轮密钥不同。

第八步：多轮次重复上述步骤。对于 AES 128 位加密，该过程（步骤 4 至 7）会再重复 9 轮，而 AES 192 位加密会再重复 11 轮，AES 256 加密则会再重复 13 轮。最后一轮过后，无需混合列（步骤 6），但依然会其他步骤执行。

AES 密钥长度

AES 加密有 3 种密钥长度，每种长度的安全级别各不相同。128 位加密密钥有数十亿种可能的组合，192 位加密密钥的组合数量甚至更多，256 位加密密钥的组合数量达天文数字，几乎不可能被破解。

虽然 AES 256 位加密算法最强大，但它需要更多的计算机资源，如电力和处理能力，可能会略微影响设备的续航时间或加密速度。不过，AES 128 位和 AES 256 位之间所用到的资源量差异很小，因此 AES 256 位加密算法已成为密码管理器、VPN等值得信赖的网络安全工具的首选。即使一款产品使用 AES 128 位加密，其安全性也极为可靠，这一加密算法也从未被攻破过。

AES 解密

AES 的解密过程与加密过程相反。首先，使用 XOR 运算将最后一轮密钥应用于密文，然后按反向顺序执行以下步骤：行移位、字节替换和列混合。密钥扩展也反向进行，每一轮使用预先扩展的密钥逐步将数据还原为原始状态。

AES 的解密轮次与加密相同，但以相反的顺序执行步骤。对于 AES 128 位、AES 192 位或 AES 256 位，该过程重复相应的轮次，最后一轮跳过列混合步骤。

所有轮次完成后，输出的就是从加扰密文中完全还原的原始明文数据，但前提是使用了正确的解密密钥。这确保了数据安全，因为只有正确密钥才能解锁加密信息。

AES 加密的常见用途

AES 加密广泛用于网络安全领域，以保护敏感数据。以下是一些最常见的应用场景：

• VPN：顶级 VPN 采用 AES 256 位加密算法来保护用户的网络流量，确保黑客无法在用户连接公共 Wi-Fi 时拦截个人数据。这可以防止网络犯罪分子窃取密码、电子邮件和财务信息等敏感数据。
• 密码管理器：Dashlane 等密码管理器采用 AES 256 位加密算法安全存储和保护用户的登录凭据。AES 加密确保只有拥有正确主密码的用户本人才能解密并访问存储的密码，增添多一重安全保障。
• 网上银行：银行和金融机构采用 AES 加密技术来保护交易过程中的敏感信息，确保用户的个人资料和支付信息不泄露。AES 加密还能防止未经授权的第三方访问你的个人账户，保护你免受身份盗窃和欺诈。
• 政府通讯：世界各国政府广泛采用 AES 加密算法来保护机密信息和通信安全。AES 强大的加密能力可以保护敏感的国家安全数据，即使遭遇高科技网络攻击，也能防止第三方未经授权访问信息。
• 电子邮件加密：许多电子邮件服务商采用 AES 加密算法来保护邮件内容，确保私人通信在传输过程中不被窃听，只有目标收件人能读取邮件内容。
• 文件加密：AES 加密技术广泛用于保护加密设备上和传输过程中的文件和文档安全，确保敏感文件（如业务合同、法律文档或个人信息）免受未经授权的访问。
• 云存储：云服务提供商采用 AES 加密算法来保护存储在云端的文件。无论是照片、工作文件还是备份数据，AES 加密都能在数据离开用户设备之前对其进行加密，防止数据泄露和被盗。
• 移动设备：智能手机和平板电脑普遍采用 AES 加密来保护用户数据，包括联系人、信息和应用程序数据。在设备丢失或被盗时，AES 加密可保障个人信息安全，防止未经授权的用户访问敏感数据。

AES 与数据加密标准（DES）的比较

AES 相比旧的 DES 更强大和安全。两者的主要区别之一是密钥长度：AES 加密支持 128、192 和 256 位密钥，而 DES 加密只有 56 位密钥。因此，AES 加密更难破解，而现代计算机可以轻松破解密钥较短的 DES。

此外，AES 在运行速度和效率上也优于 DES。DES 以 64 位数据块为单位处理数据，而 AES 以 128 位数据块为单位，能更高效地处理更大量的信息。

如今，AES 已取代 DES 成为全球安全加密的标准，类似于 TLS 取代 SSL 成为安全在线连接的标准。

AES 与 RSA 对比

AES 和 RSA 都是目前主流的加密算法，但它们的运作原理和用途各不相同。AES 是一种对称加密方法，加密和解密使用相同的密钥，因此既快速又高效，适用于加密大量数据（如文件或通信）。

Rivest-Shamir-Adleman（RSA）则是一种非对称加密算法，使用两个不同的密钥：用于加密的公钥和用于解密的私钥。虽然 RSA 速度相比 AES 更慢，但它在安全的密钥交换和数字签名（验证发送者身份）方面非常有用。在许多应用情景中，AES 和 RSA 常常结合使用。RSA 用于加密 AES 密钥，而 AES 则用于加密数据。两者相结合，可以实现安全的密钥交换和高效的数据加密。

AES 加密的潜在弊端

AES 是一种高度安全的加密算法，但它也存在一些局限性。其中一个缺点是性能。更强大的加密算法（如 AES 256 位加密）通常需要更多的处理能力，这可能会拖慢资源有限的设备（如智能手机或物联网设备）的运行速度。例如，在老旧的智能手机上运行有大量加密操作的应用时，系统可能会出现明显的延迟。

密钥管理则是另一项挑战。AES 的安全性依赖于加密密钥的存储和保护。一旦密钥泄露或丢失（如发生数据泄露事件），加密很容易被破解。攻击者只要获得安全性较差设备中的密钥存储访问权限，就能解密敏感数据。

AES 还容易受到侧信道攻击。侧信道攻击是一种网络安全威胁，攻击者通过分析系统的非预期物理或运行属性（如时序、功耗、电磁辐射或声学信号）来获取敏感信息，而非直接攻击软件漏洞。

尽管 AES 算法本身是安全的，攻击者仍可以利用系统处理加密方面的弱点。例如，功耗或时间延迟可能会泄露密钥信息。自 AES 加密广泛应用以来，经网络安全研究人员证明和发表，攻击者通过观察加密过程中的功耗模式，可以推断出 AES 密钥。

最后，AES 使用不当也可能产生漏洞。尽管 AES 是一种强大的加密算法，但如果配置不当，比如使用弱密钥或有缺陷的加密例程，攻击者就能绕过加密保护。例如，硬编码密钥或未正确将密钥随机化都会使系统面临攻击风险。

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