AES（Advanced Encryption Standard）
是一种常用的对称加密算法
三个关键配置
在使用 AES 加密时，IV（初始向量）、Mode（加密模式）和 Padding（填充方式）是三个关键配置，它们直接影响加密的安全性和实用性。
1. 向量 IV（Initialization Vector）
作用：IV 是一个随机或伪随机的数值，用于确保相同的明文在相同密钥加密下生成不同的密文，防止攻击者通过分析密文规律规律。
特点：
- 长度固定，与 AES 块大小一致（AES 块大小为 128 位，即 16 字节）。
- 不需要保密，但必须在加密和解密时使用相同的 IV。
- 每次加密应使用不同的 IV（尤其是在相同密钥下），否则会降低安全性。
- 使用场景：主要用于分组加密模式（如 CBC、CTR 等），ECB 模式不需要 IV（但 ECB 安全性差，不推荐使用）。
2. 模式 Mode（加密模式）
AES 是块加密算法，只能加密固定大小的块（128 位），而实际数据长度通常不固定。加密模式定义了如何将多个数据块串联加密，常见模式包括：
- ECB（Electronic Codebook，电子密码本）：
最基础的模式，每个数据块独立加密。
缺点：相同明文块会生成相同密文块，安全性差，容易被破解，不推荐使用。 - CBC（Cipher Block Chaining，密码块链）：
每个明文块加密前会与前一个密文块进行 XOR 运算，第一个块则与 IV 进行 XOR。
优点：解决了 ECB 的安全性问题，应用广泛（如 SSL/TLS 早期版本）。
缺点：加密过程是串行的，无法并行处理，效率较低。 - CTR（Counter，计数器模式）：
通过生成一个计数器序列，与计数器加密后的结果和明文进行 XOR 得到密文。
优点：加密和解密可以并行处理，效率高，适合流式数据加密。
注意：需要确保计数器不重复，否则会泄露明文。 - GCM（Galois/Counter Mode）：
基于 CTR 模式，增加了认证功能（可以检测数据是否被篡改）。
优点：同时提供加密和认证，安全性高，性能好，被 TLS 1.2 + 广泛采用。
其他模式：如 OFB、CFB 等，应用较少，安全性或效率不如上述模式。
3. 填充 Padding
由于 AES 只能加密固定大小的块（128 位），当明文长度不是块大小的整数倍时，需要通过填充方式补足最后一个块，常见填充方式：
- PKCS#7：
最常用的填充方式，填充的字节数等于需要填充的长度。
例如：若最后一个块需要填充 3 字节，则填充0x03 0x03 0x03；若刚好是完整块，也会填充一个完整的块（16 字节0x10）。 - ISO/IEC 7816-4：
第一个填充字节为0x80，后续填充0x00，直到填满块。 - NoPadding：
不填充，要求明文长度必须是块大小的整数倍，否则会报错。适用于已知明文长度的场景（如与 CTR 模式结合使用时，CTR 可处理任意长度）。
总结
- IV：防止相同明文加密后产生相同密文，需随机且与块大小一致。
- Mode：定义多块数据的加密方式，推荐使用 CBC（兼容性好）或 GCM（带认证，更安全）。
- Padding：解决明文长度不是块大小整数倍的问题，推荐使用 PKCS#7。
这些配置需在加密和解密时严格一致，否则会导致解密失败或数据损坏。
建议
建议为每个明文（或每次加密操作）使用不同的 IV，这是保障 AES 加密安全性的重要实践。关于 IV 的存储，可以存入数据库，具体原因和处理方式如下：
-
为什么需要每个明文使用不同的 IV？
AES 的安全性依赖于 “相同明文 + 相同密钥 + 不同 IV” 产生不同密文。如果相同密钥下多次使用相同 IV，攻击者可能通过分析密文规律推断明文（尤其是 CBC 等模式）。
例如：若两次加密相同明文且使用相同 IV，CBC 模式下第一个密文块会完全相同，直接暴露明文关联性。 -
IV 需要保密吗？需要存到数据库里吗？
IV 不需要保密：它的作用是 “随机性” 而非 “机密性”，即使被攻击者获取，也无法单独破解密文（仍需密钥）。
IV 必须存储：解密时需要与加密时完全相同的 IV，否则无法正确解密。因此，IV 需要和密文一起保存（通常与密文拼接或单独存入数据库）。 -
实际存储方式（以数据库为例）
通常有两种处理方式：
方式 1：IV 与密文拼接后存储
加密后将 IV（固定 16 字节）拼在密文前，解密时先截取前 16 字节作为 IV，剩余部分作为密文。
例：存储内容 = IV + 密文（代码中可通过字节拼接实现）。
方式 2：IV 与密文分开存储
在数据库中增加一个iv字段，与ciphertext字段并列存储。解密时同时读取两者即可。 -
注意事项
IV 长度固定：AES 的 IV 长度必须与块大小一致（128 位 = 16 字节），与密钥长度（128/192/256 位）无关。
生成方式：IV 需通过密码学安全的随机数生成器（如 Python 的os.urandom(16)）生成，避免使用可预测的值（如时间戳）。
兼容性：确保加密和解密时 IV 的读取方式一致（拼接 / 分字段），否则会解密失败。
示例（伪代码逻辑）
# 加密时
key = 加密密钥（16/24/32字节）
iv = 随机生成16字节（如os.urandom(16)）
密文 = aes_encrypt(明文, key, iv)
存储到数据库：(iv, 密文) 或 (iv+密文)# 解密时
从数据库读取iv和密文
明文 = aes_decrypt(密文, key, iv)
总之，IV 需要随密文一起存储（可存数据库），且每次加密生成新的 IV，这是兼顾安全性和可用性的标准做法。