隨著密碼分析技術的提高，新的資料加密標準AES取代了過時的DES。文章在闡述AES/RSA加密演算法的基礎上，分別給出了利用AES/RSA實現客戶端/伺服器端網路資料傳輸的加密流程。最後在比較AES演算法和RSA演算法基礎上，將AES與RSA相結合提出一種新的資料加密方案。

基本需求及概念

隨著Internet網的廣泛應用，資訊保安問題日益突出，以資料加密技術為核心的資訊保安技術也得到了極大的發展。目前的資料加密技術根據加密金鑰型別可分私鑰加密（對稱加密）系統和公鑰加密（非對稱加密）系統[1]。對稱加密演算法是較傳統的加密體制，通訊雙方在加/解密過程中使用他們共享的單一金鑰，鑑於其演算法簡單和加密速度快的優點，目前仍然是主流的密碼體制之一。最常用的對稱密碼演算法是資料加密標準（DES）演算法，但是由於DES金鑰長度較短，已經不適合當今分散式開放網路對資料加密安全性的要求。最後，一種新的基於Rijndael演算法對稱高階資料加密標準AES取代了資料加密標準DES。非對稱加密由於加/解金鑰不同（公鑰加密，私鑰解密），金鑰管理簡單，也得到廣泛應用。RSA是非對稱加密系統最著名的公鑰密碼演算法。

AES演算法

基本原理及演算法流程

美國國家標準和技術研究所（NIST）經過三輪候選演算法篩選，從眾多的分組密碼中選中Rijndael演算法作為高階加密標準（AES）。Rijndael密碼是一個迭代型分組密碼，分組長度和密碼長度都是可變的，分組長度和密碼長度可以獨立的指定為128位元，192位元或者256位元。AES的加密演算法的資料處理單位是位元組，128位的位元資訊被分成16個位元組，按順序複製到一個4*4的矩陣中，稱為狀態（state），AES的所有變換都是基於狀態矩陣的變換。
用Nr表示對一個數據分組加密的輪數（加密輪數與金鑰長度的關係如表1所示）。在輪函式的每一輪迭代中，包括四步變換，分別是位元組代換運算(ByteSub())、行變換(ShiftRows())、列混合(MixColumns())以及輪金鑰的新增變換AddRoundKey()[3]，其作用就是通過重複簡單的非線形變換、混合函式變換，將位元組代換運算產生的非線性擴散，達到充分的混合，在每輪迭代中引入不同的金鑰，從而實現加密的有效性。
表1 是三種不同型別的AES加密金鑰分組大小與相應的加密輪數的對照表。加密開始時，輸入分組的各位元組按表2 的方式裝入矩陣state中。如輸入ABCDEFGHIJKLMNOP，則輸入塊影射到如表2的狀態矩陣中。
表1：

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|AES型別| 金鑰長度 | 分組長度 | 加密輪數|
|AES-128|  4字     |   4字    |   10    |
|AES-192|  6字     |   4字    |   12    |
|AES-256|  8字     |   4字    |   14    |

表2：

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| A | E | I | M |
| B | F | J | N |
| C | G | K | O |
| D | H | L | P |

1. 位元組代換運算(ByteSub())
   位元組代換運算是一個可逆的非線形位元組代換操作，對分組中的每個位元組進行，對位元組的操作遵循一個代換表，即S盒。S盒由有限域 GF（28）上的乘法取逆和GF（2）上的仿射變換兩步組成。
2. 行變換ShiftRows()
   行變換是一種線性變換，其目的就是使密碼資訊達到充分的混亂，提高非線形度。行變換對狀態的每行以位元組為單位進行迴圈右移，移動位元組數根據行數來確定，第0行不發生偏移，第一行迴圈右移一個位元組，第二行移兩個，依次類推。
3. 列混合變換MixColumns()
   列變換就是從狀態中取出一列，表示成多項式的形式後，用它乘以一個固定的多項式a(x)，然後將所得結果進行取模運算，模值為 x4+1。其中a(x)={03}x3+{02}x2+{01}x+{02},
   這個多項式與x4+1互質，因此是可逆的。列混合變換的算術表示式為：s’(x)= a(x) s(x)，其中， s(x)表示狀態的列多項式。
4. 輪金鑰的新增變換AddRoundKey()
   在這個操作中，輪金鑰被簡單地異或到狀態中，輪金鑰根據金鑰表獲得，其長度等於資料塊的長度Nb。

AES演算法流程

對於傳送方，它首先建立一個AES私鑰，並用口令對這個私鑰進行加密。然後把用口令加密後的AES金鑰通過Internet傳送到接收方。傳送方解密這個私鑰，並用此私鑰加密明文得到密文，密文和加密後的AES金鑰一起通過Internet傳送到接收方。接收方收到後再用口令對加密金鑰進行解密得到AES金鑰，最後用解密後的金鑰把收到的密文解密成明文。圖1中是這個過程的實現流程。
圖1：

RSA演算法

基本原理及流程

RSA是在1977年發明RSA密碼系統的三個人的名字的首字母的縮寫，他們是：Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman。它是第一個公鑰加密演算法，在很多密碼協議中都有應用，如SSL和S/MIME。RSA演算法是基於大質數的因數分解的公匙體系。簡單的講，就是兩個很大的質數，一個作為公鑰，另一個作為私鑰，如用其中一個加密，則用另一個解密。金鑰長度從40到2048位可變，金鑰越長，加密效果越好，但加密解密的開銷也大。RSA演算法可簡單描述如下：

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公開金鑰：n=pq，（p，q為兩個不同的很大的質數，p和q必須保密）
將(p-1)和(q-1)相乘得到φ(n)
選擇一個整數e (1<e<φ(n))與φ(n)互質
祕密金鑰：d=e-1modφ(n)，即計算一個數字d，使得它滿足公式 de=1 modφ(n)
加密：c=mc(mod n) 
解密：m=cd(mod n)，m為明文，c為密文。

RSA演算法實現流程

首先，接收方建立RSA密匙對，即一個公鑰和一個私鑰，公鑰被髮送到傳送方,私鑰則被儲存在接收方。傳送方在接收到這個公鑰後,用該公鑰對明文進行加密得到密文，然後把密文通過網路傳輸給接收方。接收方在收到它們後，用RSA私鑰對收到的密文進行解密，最後得到明文。圖2是整個過程的實現流程。
圖2：

AES與RSA相結合資料加密方案

RSA演算法是公開金鑰系統的代表，其安全性建立在具有大素數因子的合數，其因子分解困難這一法則之上的。Rijndael演算法作為新一代的高階加密標準，執行時不需要計算機有非常高的處理能力和大的記憶體，操作可以很容易的抵禦時間和空間的攻擊，在不同的執行環境下始終能保持良好的效能。這使AES將安全，高效，效能，方便，靈活性集於一體，理應成為網路資料加密的首選。相比較，因為AES金鑰的長度最長只有256位元，可以利用軟體和硬體實現高速處理，而RSA演算法需要進行大整數的乘冪和求模等多倍字長處理，處理速度明顯慢於AES[5]；所以AES演算法加解密處理效率明顯高於RSA演算法。在金鑰管理方面，因為AES演算法要求在通訊前對金鑰進行祕密分配，解密的私鑰必須通過網路傳送至加密資料接收方，而RSA採用公鑰加密，私鑰解密（或私鑰加密，公鑰解密），加解密過程中不必網路傳輸保密的金鑰；所以RSA演算法金鑰管理要明顯優於AES演算法。
從上面比較得知，由於RSA加解密速度慢，不適合大量資料檔案加密，因此在網路中完全用公開密碼體制傳輸機密資訊是沒有必要，也是不太現實的。AES加密速度很快，但是在網路傳輸過程中如何安全管理AES金鑰是保證AES加密安全的重要環節。這樣在傳送機密資訊的雙方，如果使用AES對稱密碼體制對傳輸資料加密，同時使用RSA不對稱密碼體制來傳送AES的金鑰，就可以綜合發揮AES和RSA的優點同時避免它們缺點來實現一種新的資料加密方案。加解密實現流程如圖(3)。
圖3：

具體過程是先由接收方建立RSA金鑰對，接收方通過Internet傳送RSA公鑰到傳送方，同時儲存RSA私鑰。而傳送方建立AES金鑰，並用該AES金鑰加密待傳送的明文資料，同時用接受的RSA公鑰加密AES金鑰，最後把用RSA公鑰加密後的AES金鑰同密文一起通過Internet傳輸傳送到接收方。當接收方收到這個被加密的AES金鑰和密文後，首先呼叫接收方儲存的RSA私鑰，並用該私鑰解密加密的AES金鑰，得到AES金鑰。最後用該AES金鑰解密密文得到明文。

AES+RSA結合最佳實踐

基本要求

1. 保證傳輸資料的安全性
2. 保證資料的完整性
3. 能夠驗證客戶端的身份

基本流程

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請求：
1. 伺服器端(server)和客戶端(client)分別生成自己的金鑰對
2. server和client分別交換自己的公鑰
3. client生成AES金鑰(aesKey)
4. client使用自己的RSA私鑰(privateKey)對請求明文資料(params)進行數字簽名
5. 將簽名加入到請求引數中，然後轉換為json格式
6. client使用aesKey對json資料進行加密得到密文(data)
7. client使用sever的RSA公鑰對aesKey進行加密(encryptkey)
8. 分別將data和encryptkey作為引數傳輸給伺服器端

伺服器端進行請求響應時將上面流程反過來即可

java版示例