AES 加密演算法介紹（一）：基本概念、規格與常見模式

 AES (Advanced Encryption Standard)

一、AES 是什麼

• 對稱式加密
• 區塊加密
• 加密與解密使用同一把 Key
• AES 本身不是 Hash，也不是 MAC
• AES 本身只提供區塊加密能力，實際應用還需要搭配運作模式

     AES 是一種對稱式區塊加密演算法，主要用途是將可以直接閱讀的明文（Plaintext）轉換成無法直接理解的密文（Ciphertext）。持有正確金鑰的一方，才能再將密文解密回原始明文。

二、基本規格

•     主要有以下三種，差異為金鑰長度及計算幾輪

AES 類型	Key 長度	Key 大小	Round 數
AES-128	128 bits	16 bytes	10
AES-192	192 bits	24 bytes	12
AES-256	256 bits	32 bytes	14

•     無論使用 AES-128、AES-192 或 AES-256，AES 的區塊大小（Block Size）都固定為 128 bits，也就是 16 bytes。
• AES-128、AES-192 與 AES-256 中的數字代表的是 Key Size，不是 Block Size。

三、AES 核心輸入與輸出介面

加密 AES_Encrypt(Key, PlaintextBlock) → CiphertextBlock

解密 AES_Decrypt(Key, CiphertextBlock) → PlaintextBlock

PlaintextBlock：16 bytes

CiphertextBlock：16 bytes

Key：16、24 或 32 bytes

 

四、為什麼需要運作模式

當資料長度為 100 bytes 時，AES Core 一次只能處理 16 bytes，所以需要規則決定

• 如何分割資料
• Block 之間如何連接
• 是否需要 Padding
• 是否需要 IV 或 Nonce
• 是否驗證資料完整性

五、AES 的五種常見模式

模式		完整性/認證	IV/Nonce/Counter	明文 Padding
ECB		否	不需要	通常需要
CBC		否	IV	通常需要
CTR		否	Counter Block	不需要
GCM		是，使用 Tag	IV/Nonce	不需要
CCM		是，使用 Tag	Nonce	不需要

    補充：Counter Block 通常由 Nonce 與遞增的 Counter 組成，詳細結構將於第五篇介紹。

六、AES 的常見用途

• HTTPS／TLS
• VPN
• Wi-Fi
• 硬碟加密
• 加密韌體映像
• 安全韌體更新
• 嵌入式系統
• PSA Crypto
• 金鑰儲存與資料保護

七、小結

AES 是一種對稱式區塊加密演算法，每次固定處理一個 128-bit，也就是 16-byte 的資料區塊。AES 支援 128、192 與 256-bit 三種金鑰長度，分別執行 10、12 與 14 輪核心運算。由於 AES Core 本身一次只能處理一個 Block，因此實際處理多個資料區塊或任意長度資料時，還需要搭配 ECB、CBC、CTR、GCM 或 CCM 等運作模式。下一篇將進一步介紹 AES Core 內部的主要運算流程。