Topic：AES 是什麼？

AES（Advanced Encryption Standard） 是一種 對稱式加密演算法，被廣泛應用於現代資訊安全系統中。

一、什麼是對稱加密？

對稱加密（Symmetric Encryption） 只使用 一把金鑰：

  • 加密與解密
  • 都使用 相同的金鑰

又稱為 單鑰加密（Single-key Encryption）

常見用途

  • 檔案加密
  • 即時通訊
  • VPN 傳輸

優缺點

  • ✅ 優點：速度快，適合大量資料加密
  • ❌ 缺點：金鑰分發不安全（需事先安全共享）

二、AES 與非對稱加密比較

比較項目 對稱加密（AES） 非對稱加密（RSA）
金鑰數量 1 把 2 把（公鑰 + 私鑰）
加解密速度 快 慢
加密大量資料 適合 不適合
金鑰交換難度 高（需先共享） 低（公鑰可公開）
支援簽章驗證 否 是
常見用途 檔案加密、VPN 金鑰交換、數位簽章

三、AES 的運作原理

AES 是一種 區塊加密（Block Cipher），其特點如下：

區塊大小

  • 固定為 128 bits（16 bytes）
  • 與金鑰長度無關

支援的金鑰長度

  • 128 bits
  • 192 bits
  • 256 bits

加密輪數（Rounds）

金鑰長度 加密輪數
AES-128 10 輪
AES-192 12 輪
AES-256 14 輪

四、AES 加密流程（簡化版）

AES 每一輪（Round）會對 State（4×4 byte 矩陣） 執行以下操作：

  1. SubBytes

    • 使用 S-box 對每個 byte 做非線性替換
    • 提供 混淆性（Confusion）

  2. ShiftRows

    • 每一列進行循環左移
    • 增加 擴散性（Diffusion）

  3. MixColumns

    • 在 GF(2⁸) 上進行欄混合運算
    • 強化資料擴散效果

  4. AddRoundKey

    • State 與 Round Key 做 XOR 運算

🔹 最後一輪不執行 MixColumns

五、AES 加密模式（Modes of Operation）

AES 通常會搭配「加密模式」使用：

模式 特性 備註
ECB 每個區塊獨立加密 ❌ 不安全，會洩漏資料結構
CBC 與前一區塊 XOR 後再加密 ✅ 常見、安全
CFB / OFB 適合串流資料 ✅ 可處理非整數倍資料
GCM 同時提供加密與驗證 ✅ 現代主流、安全性高

六、AES 的安全性來自哪裡？

AES 的安全基礎來自：

  • 替代（Substitution）
  • 轉換（Permutation）
  • 多輪 混淆（Confusion）與擴散（Diffusion）

安全性現況

  • 目前 尚無實用破解方式
  • 被美國政府、金融機構、雲端服務廣泛採用
  • AES-128 / 192 / 256 皆非常安全
  • AES-256 常用於軍事與政府等高安全需求場景

✅ 只要金鑰未外洩，AES 非常可靠

七、混合加密（Hybrid Encryption）應用場景

實務上常搭配使用：

  1. 伺服器產生 AES 金鑰
  2. 使用 RSA 公鑰 加密 AES 金鑰
  3. 傳送給對方
  4. 雙方使用 AES 進行高速加密通訊

👉 同時兼具：

  • 速度（AES）
  • 金鑰安全性（RSA）

八、總結

項目 說明
加密類型 對稱式加密
金鑰數量 1 把
金鑰長度 128 / 192 / 256 bits
加密速度 快，適合大量資料
常見用途 資料加密、VPN、儲存
安全基礎 S-box + 多輪混淆與擴散

📌 一句話總結：

AES 是現代最重要、最安全、也是最常用的對稱式加密標準。