实验原理
说明 
P 代表明文，Pi 代表第 i 个明文分组，C 代表密文，Ci 代表第 i 个密文分组，K 代表密钥，IV 代表初始化向量。
1. AES 密码算法
AES 密码算法主要有四种运算，分别为字节替换，行移位，列混淆和轮密钥加；前面三种运算只处理明文，最后一个运算轮密钥加才和密钥进行运算，因为要解密所以这四种运算都是可逆的。10 轮的 AES 密码算法（AES128）过程如下图所示。
1.1 明文和密钥初始化
AES 中的运算都是以字节位单位的，128 位的明文可以分为 16 个字节，与一般的存储方式不同，这里的字节是**按列存储**的。密钥的初始化也与明文初始化相同，128 位的密钥分为 16 个字节**按列存储**，如下图所示。
1.2 字节替换和逆字节替换
本次实验不需要大家生成 S 盒，字节替换和逆字节替换的运算，只需要查找 S 盒和逆 S 盒中对应的元素作为输出即可。查找的方法为字节的**高 4 位作为行号**，低 4 位作为列号，对应 S 盒和逆 S 盒的元素则为需要替换的内容。以 95<->2a 为例 (16 进制表示), 如下图所示。
1.3 行移位和逆行移位
行移位是每行**按字节**移位（提醒大家注意，AES 算法中的处理都是以字节为单位的），第 1 行保持不变，第 2 行循环左移 1 个字节，第 3 行循环左移 2 个字节，第 4 行循环左移 3 个字节，完成行移位后每一列的四个字节被扩散到 4 个不同的列。逆行移位则与之相反，第 1 行保持不变，第 2 行循环右移 1 个字节，第 3 行循环右移 2 个字节，第 4 行循环右移 3 个字节。如下图所示。
1.4 列混淆和逆列混淆
列混淆的目的是以列为单位，使得输出的每 1 个字节和输入的 4 个字节都有关。具体运算就是左乘一个矩阵，其中的乘法运算为 GF(28) 上的乘法，模不可约多项式 m(x) 的乘法运算。列混淆和逆列混淆运算中的左乘矩阵互为逆。如下图所示。
1.5 轮密钥加
按字节将处理后的明文分组与当前轮次的密钥进行异或。它的逆也就是再异或一次轮密钥。
1.6 密钥扩展
由 4 个字（16 个字节）的种子密钥，生成一个 44 个字(1 个字 = 4 个字节 = 32 bits)的一维线性数组。初始化加上 10 次轮密钥加，每次用 4 个字。
具体扩展规则如下，初始密钥根据种子密钥按列存储；接下来根据 mod 4 的结果有两种处理方式，如下图所示。
2. 填充方式
2.1 NoPadding
不填充，明文的字节长度只能是 16 的整数倍，一般不适用。
2.2 Zeros
补 0，如果原数据字节长度恰好是 16 的倍数，也要补充多 16 个 0；
2.2 ISO10126
最后一个字节是填充的字节数（包括最后一个字节自己），其他全部填随机数。
示例 1：0123456789abc，0123456789abc 共 13 个字节，长度差 3，则会填充两个随机数（比如为 4 和 f）然后加上长度 3，0123456789abc4f3
示例 2:0123456789abcef0，长度刚好是 16 的整数倍，那就会再增加一个分组，前面 15 个位随机数，后面一个为长度 f，可能为 fe473564975fedgf
2.3 PKCS5 (PKCS7)
最后一组缺几个字节就填充几，如果刚好是 16 的整数倍，也要填充 16 个字节。
示例 1：0123456789abc共 13 个字节，再填充 3 个才够 16 个，PKCS7 填充时会在后面填充 3 个 3。填充后为0123456789abc333
示例 2： 0123456789abcef0，长度刚好是 16 的整数倍，那就会再增加一个分组为ffffffffffffffff
3. 工作模式
3.1【了解】电码本模式（ECB）
电码本模式（Electronic Codebook Book，简称 ECB）：将明文按 16 个字节分组，每组分别加密后再拼接在一起就是加密后的明文。其缺点是如果分组的明文相同，那么对应的密文也将相同。因此常用于比较短的数据加密，比如密钥的加密。
说明
- Q: 最后一个分组是否需要填充？A: 是
- Q: 是否需要初始化向量？A: 否
3.2【深入了解，可动手完成】密文分组链接模式（CBC）
密文分组链接模式（Cipher Block Chaining, 简称 CBC）：每一组明文先与初始化向量或者上一组的密文进行异或，得到的结果再与密钥进行加密。具体如下图所示。
说明
- Q: 最后一个分组是否需要填充？A: 是
- Q: 是否需要初始化向量？A: 是
3.3【了解】密文反馈模式（CFB）
密文反馈模式（Cipher FeedBack, 简称 CFB）：在上面两个工作模式 ECB 和 CBC 中，整个数据分组需要在接收完之后才能进行加密。但是在一些网络应用中，需要即刻把一个终端输入的字符传给主机。这样上面的两种工作模式就不能满足。在 CFB 模式中，数据可以在比分组（8 bytes）小的单元里进行加密。其工作方式类似流密码。
CFB 模式中，假设传输的最小单元是 s（下图以 8bits 为例）位，分组大小为 b 位（AES 分组的大小是 128bits）。首先将初始化向量 IV 放到 b 位的移位寄存器中，加密函数输出最左边的 s 位，与明文分片 P1 进行异或，得到的密文 C1 并发送，然后把移位寄存器左移 s 位，把 C1 填入寄存器最右边的 s 位开始第二个明文分片的加密。具体如下图所示。
说明
- Q: 最后一个分组是否需要填充？A：否，类似流密码，不分组，因此不需要填充
- Q: 是否需要初始化向量？A：是
3.4【了解】输出反馈模式（OFB）
输出反馈模式（Output FeedBack, 简称 OFB）：OFB 模式的结构跟上面 CFB 的模式很相似，不同的是它用加密函数的输出来填充移位寄存器，而 CFB 是用密文单元来填充移位寄存器。而且它是对这个分组来运算的。
说明
- Q:最后一个分组是否需要填充？A:否，如果最后分组只有
u位，u < b(b为分组长度)，那么会将最后输出最左边的u位与最后分组的u位做异或运算，其余的b-u位舍弃。 - Q:是否需要初始化向量？A:是
3.5【可深入了解】计数器模式（CTR）
计数器模式（Counter, 简称 CTR）：计数器模式使用与明文文组规模相同的长度，第一个明文分组与加密后的初始的计数器进行异或，后面随着消息块的增加计数器的值加 1。
说明
- Q: 最后一个分组是否需要填充? A:否，如果最后分组只有
u位，u < b(b为分组长度)，那么会将最后输出最左边的u位与最后分组的u位做异或运算，其余的b-u位舍弃。 - Q: 是否需要初始化向量? A:是