Python实现AES加密教程

在信息安全日益重要的今天，数据加密是保护敏感信息的关键手段。本文将深入探讨如何使用Python实现AES（高级加密标准）数据加密。AES作为一种广泛应用的对称加密算法，其特点在于加密和解密使用相同的密钥。文章将详细介绍AES的原理、密钥长度（如常用的128位）、以及ECB和CBC等工作模式的选择（推荐使用更安全的CBC模式）。通过Python的pycryptodome库，我们可以轻松实现AES加密解密。本文将演示如何在Python中安装pycryptodome，并提供示例代码，展示如何在CBC模式下进行加密和解密操作，包括密钥和初始化向量（IV）的生成、明文的填充（PKCS#7方式）等关键步骤，并强调IV的随机生成和密钥的保密性，确保数据安全。

AES是常见的对称加密算法，Python可通过pycryptodome库实现，需理解其原理并掌握使用方法。1. AES使用相同密钥进行加密和解密，支持128、192、256位密钥长度，常用128位；2. 工作模式如ECB、CBC等，推荐使用CBC而非简单但不安全的ECB；3. Python中安装pycryptodome后，可利用AES模块进行加密解密操作；4. 密钥为16、24或32字节，IV通常为16字节；5. 明文需填充至16字节整数倍，常用PKCS#7方式，可用pad/unpad函数处理；6. 示例代码展示了CBC模式下加密与解密流程；7. 注意事项包括IV随机生成、密钥保密及确保加密/解密时key和IV一致。

数据加密是保护敏感信息的一种常见方式，而AES（高级加密标准）是一种广泛使用的对称加密算法。用Python实现AES加密并不难，关键是要理解它的基本原理和使用方法。

什么是AES？

AES 是一种对称加密算法，也就是说加密和解密使用的是同一个密钥。它支持128、192和256位的密钥长度，其中最常用的是128位（即16字节）。AES有多种工作模式，比如 ECB、CBC、CFB 等，不同模式适合不同的应用场景。

提示：ECB 模式虽然简单，但不推荐用于实际场景，因为它容易暴露明文结构。

Python中如何使用AES？

在 Python 中，我们可以使用 pycryptodome 这个第三方库来实现 AES 加密。首先需要安装：

pip install pycryptodome

然后就可以开始写代码了。下面以 CBC 模式为例，演示如何进行加密和解密。

使用AES进行加密的基本步骤：

• 密钥（key）必须是16、24或32字节长度
• 初始化向量（IV）通常是16字节
• 明文需要补齐到16字节的整数倍

如何处理明文填充？

由于 AES 是块加密算法，每次处理固定长度的数据块（16字节），所以当原始数据不足时，就需要进行填充。

常见的填充方式是 PKCS#7，例如：

• 如果还差一个字节就满16字节，那么填入一个值为0x01的字节；
• 如果刚好满了，就再加一块，全部填0x10。

可以手动实现填充逻辑，也可以借助 Crypto.Util.Padding 模块：

from Crypto.Util.Padding import pad, unpad

data = b"Hello, world!"
padded_data = pad(data, 16)  # 自动补到16字节的倍数

这个模块也提供了 unpad 函数，在解密后用来去除多余部分。

示例代码：AES加密与解密

下面是一个完整的例子，使用 AES/CBC/PKCS7：

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

key = get_random_bytes(16)  # 生成16字节随机密钥
iv = get_random_bytes(16)   # 初始化向量

cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)

# 加密
plaintext = b"This is a secret message."
ciphertext = cipher.encrypt(pad(plaintext, 16))

# 解密
cipher_dec = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
decrypted = unpad(cipher_dec.decrypt(ciphertext), 16)

print(decrypted)  # 输出原始明文

几点注意事项：

• IV 不需要保密，但每次加密最好都随机生成
• 密钥要妥善保存，不能泄露
• 如果加密/解密结果不对，检查是否用了相同的 IV 和 key

基本上就这些。只要注意好填充方式和工作模式，AES 在 Python 中还是挺好用的。

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