Python 中的 AES 加密和解密实现原理简述

AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，其加密和解密使用相同的密钥。在 Python 中，可以使用 PyCryptodome、PyCrypto 和 cryptography 等库来实现 AES 加密和解密。

AES 加密和解密的实现原理如下：

密钥扩展
AES 采用的是分组加密算法，其密钥长度可以是 128 比特、192 比特或 256 比特，而分组长度固定为 128 比特。在加密之前，需要对密钥进行扩展，以生成一系列的轮密钥（Round Keys）。具体的过程是将原始密钥按照一定的规则进行操作，每轮产生一个新的子密钥。

初始轮
在初始轮中，需要将明文按照分组长度进行分组，并对每个分组进行一次简单的变换，称为 AddRoundKey 变换。这个变换需要将分组和轮密钥进行异或运算。

主轮
在主轮中，需要进行一系列的变换，包括 SubBytes、ShiftRows、MixColumns 和 AddRoundKey 变换。其中：

• SubBytes 变换：将分组中的每个字节都替换成一个固定的值，这个值通过一个 S-盒（S-Box）进行查表得到。
• ShiftRows 变换：将分组中的每行进行循环移位操作，不同的行移动的位数不同。
• MixColumns 变换：将每列进行一个线性变换，具体的运算需要使用矩阵乘法。
• AddRoundKey 变换：同初始轮。

最后轮
在最后轮中，主要是省略了 MixColumns 变换，其他变换和主轮一样。

解密
解密的过程和加密的过程基本相同，只是轮密钥需要按照相反的顺序使用。也就是说，最后一个轮密钥首先使用，然后是倒数第二个，以此类推。

下面是一个使用 PyCryptodome 库实现 AES 加密和解密的范例代码：

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
from Crypto.Random import get_random_bytes

key = b'this_is_a_32_byte_long_key_for_AES256'
iv = get_random_bytes(16) # 初始化向量

data = b'pidancode.com'

# 加密
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv=iv)
ciphertext = cipher.encrypt(pad(data, AES.block_size))
print(ciphertext)

# 解密
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv=iv)
plaintext = unpad(cipher.decrypt(ciphertext), AES.block_size)
print(plaintext)

以上是 AES 加密和解密的基本原理和一个使用 PyCryptodome 库实现的范例代码。根据需要，可以选择不同的库和加密模块。