Erweiterte Verschlüsselung Standard symmetrische Blockverschlüsselung

Wovon handelt der Artikel

Guten Tag, Leser. In diesem Artikel möchte ich über einen der häufigsten symmetrischen Verschlüsselungsalgorithmen sprechen - den AES-Algorithmus.

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Einführung

80- DES (Data Encryption Standard). 90- . , 56 . , .

1997 NIST (National Institute of Standards and Technology,) . :

• 128- ;

  
  
  
  
  

• 3 (128, 192, 256 ), ;

  
  
  
  
  

• , , ;

  
  
  
  
  

• , ;

  
  
  
  
  

, AES – Advanced Encryption Standard, Rijndael ( AES). , . , , , .

, .

, AES , F(2⁸). , , , . :

• xor. , P = { p_7, p₆, p₅, p₄, p₃, p₂, p₁, p₀ } Q = { q₇, q₆, q₅, q₄, q₃, q₂, q₁, q₀ } R = { r₇, r₆, r₅ , r₄, r₃, r₂, r₁, r₀ }, r_i = p_i xor r_i .

  
  
  
  
  

• . : p(x) = p₇x⁷ + p₆x⁶ + p₅x⁵ + p₄x⁴ + p₃x³ + p₂x² + p₁x + p₀ , F(2⁸) m(x) = x⁸ + x⁴ + x³ + x + 1. , , F(2⁸), p(x) q(x), m(x) p(x) q(x), r(x) = p(x)q(x) mod (m(x)), r(x), 8- F(2⁸).

  
  
  
  
  

AES c 128 .

16 , 16 , , 16 . 4x4 — state. state 2-4. , :

1. - KeyExpansion;

   
   
   
   
   

2. - state ;

   
   
   
   
   

3. 9 , :

   
   
   
   
   

   · SubBytes

   
   
   
   
   

   · ShiftRows

   
   
   
   
   

   · MixColumns

   
   
   
   
   

   · AddRoundKey

   
   
   
   
   

4. , :

   
   
   
   
   

   · SubBytes

   
   
   
   
   

   · ShiftRows

   
   
   
   
   

   · AddRoundKey

   
   
   
   
   

:

• SubBytes - state S-box. b = (x, y), x 4 b, y — 4 . S-box 16x16 : b' x y S-box b.

  
  
  
  
  

• ShiftRows — state. , 1 , 2 3 .

  
  
  
  
  

• MixColumns — state . state. , .

  
  
  
  
  

• AddRoundKey — state XOR.

  
  
  
  
  

• KeyExpansion — , . 44 (w_i): 4 4 10 . , 1408 .

  
  
  
  
  

  Rcon :

  
  
  
  
  

  • .

    
    
    
    
    

  • i 4, w_i =SubBytes(RotByte(w_i-1 )) xor Rcon_i/4 .

    
    
    
    
    

  • : w_i = w_i-4 xor w_i-1 .

    
    
    
    
    

RotByte : { x₀, x₁, x₂, x₃ } → { x₃ , x₀ , x₁ , x₂ }.

, 2 .

, , . , :

1. - KeyExpansion;

   
   
   
   
   

2. 9 , :

   
   
   
   
   

   · AddRoundKey — state ;

   
   
   
   
   

   · InverseMixColumns — state;

   
   
   
   
   

   · InverseShiftRows — state;

   
   
   
   
   

   · SubBytes — state InverseS- box;

   
   
   
   
   

3. :

   
   
   
   
   

   · AddRoundKey

   
   
   
   
   

   · InverseShiftRows

   
   
   
   
   

   · InverseSubBytes

   
   
   
   
   

AES

state— 128 3 AES. : AES-192 192 — 12 , AES-256 — 256 14 .

. , AES-256 . , , .

, , N_k - , N_b - N_r - .

AES

. 2 .

1. .

   
   
   
   
   

   , . , , .

   
   
   
   
   

   , ( ), AES , , .

   
   
   
   
   

   :

   
   
   
   
   

   · , . , , , .

   
   
   
   
   

   · , .

   
   
   
   
   

2. .

   
   
   
   
   

   . , , .

   
   
   
   
   

   :

   
   
   
   
   

   · — .

   
   
   
   
   

   · .

   
   
   
   
   

, - ?

, .

32- : w₀, w₁, w₂, w₃, …, w₄₀, w₄₁, w₄₂, w₄₃, w₀, w₁, w₂, w₃ - 128- AES, w₄₀, w₄₁, w₄₂, w₄₃ - . w_i = w_i-4 xor F_i(w_i-1), F_i - , KeyExpansion. w₀, w₁, w₂, w₃ .

, AES-128. : w_j = w_j+4 xor F_j+4(w_j+3). j = i - 4 . , , w₄₀, w₄₁, w₄₂, w₄₃ ,c w₀ .

AES-192 AES-256. , 256- AES, AES 2²⁵⁶ 2¹²⁸, .

AES

:

• — .

  
  
  
  
  

• — .

  
  
  
  
  

• , : , , square — .

  
  
  
  
  

• Byteorientierte Struktur, die gute Aussichten für die Implementierung des Algorithmus in zukünftigen Prozessoren bietet.

  
  
  
  
  

• Hohe Leistung auf mehreren Plattformen.

  
  
  
  
  

Fazit

In diesem Artikel habe ich versucht, das Prinzip des AES-Algorithmus detailliert zu beschreiben. Ich möchte noch einmal darauf hinweisen, dass der Algorithmus aufgrund der Vielzahl seiner Vorteile den Wettbewerb um einen neuen Standard wirklich verdient gewonnen hat. Danke für Ihre Aufmerksamkeit.