在线文本加密：AES、DES 与对称加密详解

对称加密与非对称加密

对称加密使用相同的密钥对数据进行加密和解密。它速度快、效率高，非常适合加密大量数据。其挑战在于密钥分发——双方在通信前需要安全地共享密钥。

非对称加密（如 RSA）使用公钥/私钥对。它解决了密钥分发问题，但速度慢得多。实践中，大多数系统两者兼用：非对称加密用于安全交换对称密钥，然后对称加密用于实际数据传输。HTTPS 正是这样工作的。

AES 算法

AES（高级加密标准）是世界上最广泛使用的对称密码，由 NIST 于 2001 年标准化。它取代了 DES 和 3DES，并用于几乎所有现代安全协议——TLS、磁盘加密、VPN 等。

AES 对 128 位数据块（每次 16 字节）进行操作，使用 128、192 或 256 位的密钥。它应用多轮替换、置换和混合变换。

AES 密钥长度

AES-128 和 AES-256 在安全性上没有实际差异——两者在当前和可预见的未来技术下都能抵御暴力破解攻击。AES-256 提供了针对量子计算机（理论上通过 Grover 算法将有效密钥长度减半）的安全余量。

分组密码模式

像 AES 这样的分组密码一次只能加密恰好一个 128 位数据块。操作模式定义了如何将分组密码应用于任意长度的数据。

ECB（电子密码本）——切勿使用

每个数据块独立加密。相同的明文块产生相同的密文块。这会暴露结构化数据中的模式（经典例子是加密图像——形状仍然可见）。

CBC（密码分组链接）

每个数据块在加密前与前一个密文块进行 XOR 运算。第一个块需要随机的初始化向量（IV）。IV 每次加密必须唯一，但无需保密。

C₀ = IV
Cᵢ = Encrypt(K, Pᵢ ⊕ Cᵢ₋₁)

适合文件加密。需要填充以处理非块大小的数据。

GCM（伽罗瓦/计数器模式）——推荐

将计数器模式（流密码）与伽罗瓦消息认证码（GMAC）结合。提供认证加密：输出包含一个认证标签，可检测任何篡改。

AES-256-GCM 是对称加密的黄金标准——TLS 1.3 在 HTTPS 中使用它。

CTR（计数器模式）

加密连续的计数器值并与明文进行 XOR 运算。可并行化，无需填充。无认证。

算法比较

3DES（三重 DES）用于遗留系统——新开发应避免使用。AES 已完全取代它。

从密码派生密钥

当使用密码而非随机密钥进行加密时，必须使用**密钥派生函数（KDF）**将密码转换为合适的加密密钥。切勿直接将密码用作 AES 密钥。

// 使用 PBKDF2 从密码派生密钥
const key = await crypto.subtle.importKey(...);
const derivedKey = await crypto.subtle.deriveKey(
  { name: 'PBKDF2', salt, iterations: 100000, hash: 'SHA-256' },
  key, { name: 'AES-GCM', length: 256 }, false, ['encrypt', 'decrypt']
);

常见 KDF：PBKDF2、scrypt、Argon2。使用高迭代次数（PBKDF2 至少 100,000 次）以减缓暴力破解攻击。

实际加密示例

// Web Crypto API（浏览器）
async function encryptText(plaintext, password) {
  const encoder = new TextEncoder();
  const data = encoder.encode(plaintext);
  const salt = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(16));
  const iv = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(12));

  const keyMaterial = await crypto.subtle.importKey(
    'raw', encoder.encode(password), 'PBKDF2', false, ['deriveKey']
  );
  const key = await crypto.subtle.deriveKey(
    { name: 'PBKDF2', salt, iterations: 100000, hash: 'SHA-256' },
    keyMaterial, { name: 'AES-GCM', length: 256 }, false, ['encrypt']
  );

  const encrypted = await crypto.subtle.encrypt({ name: 'AES-GCM', iv }, key, data);
  return { encrypted, salt, iv };
}

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