AES (standard šifrování)

AddRoundKey RoundKeyKombinuje se se stavem v každém kole postupu . Pro každé kolo Roundkey se získá z CipherKeyc pomocí postupu KeyExpansion; každý RoundKey má stejnou velikost jako State. Procedura provádí bitové XOR každého bajtu States každým bajtem RoundKey.

Algoritmus zpracování klíče

Algoritmus zpracování klíče se skládá ze dvou procedur:

• Algoritmus generování kulatého klíče (algoritmus rozšíření klíče)
• Algoritmus pro výběr kulatého klíče (iterační klíč)

Algoritmus pro generování kulatých klíčů

Algoritmus AES, který používá proceduru KeyExpansion() a dodává ji šifrovací klíč, K, získává klíče pro všechna kola. Celkem je Nb*(Nr + 1) slov: zpočátku algoritmus potřebuje sadu Nb slov a každé z Nr kol potřebuje Nb klíčové datové sady. Výsledné pole klíčů pro kola je označeno jako , . Algoritmus KeyExpansion() je zobrazen v pseudokódu níže.

Funkce SubWord() trvá čtyřbajtové vstupní slovo a aplikuje S-box na každý ze čtyř bajtů. Co se stalo, je přivedeno na výstup. RotWord() bere slovo jako vstup , kterým prochází a vrací . Pole slov, které je pro toto kolo konstantní , obsahuje hodnoty , kde x = {02} a je mocninou ( začíná od 1) .

Z obrázku můžete vidět, že první slova rozšířeného klíče jsou vyplněna šifrovacím klíčem. Do každého následujícího slova se vloží hodnota získaná během operace XOR a ty XOR z předchozích a Nk pozic před slova. Pro slova, jejichž pozice je násobkem Nk, se použije transformace na w[i-1] před XOR, po které následuje XOR s kulatou konstantou Rcon[i]. Výše uvedená transformace sestává z kruhového posunu bajtů ve slově (RotWord()) následovaného procedurou SubWord() - stejně jako SubBytes(), pouze vstupní a výstupní data budou mít velikost slova.

Je důležité si uvědomit, že postup KeyExpansion() pro 256bitový šifrovací klíč se mírně liší od postupu pro 128bitové a 192bitové šifrovací klíče. Jestliže a je násobkem , pak se SubWord() použije před XOR'a.

Pseudokód pro rozšíření klíče

Dešifrování

Pseudokód pro inverzní šifru

Algoritmus pro výběr kulatého klíče

Při každé iteraci se z pole vybere kulatý klíč pro operaci AddRoundKey , počínaje prvkem až .

Varianty algoritmu

Na základě Rijndaelova algoritmu, který je základem AES, jsou implementovány alternativní kryptoalgoritmy. Mezi nejznámější patří účastníci soutěže Nessie : Anubis o involucích, jejímž autorem je Vincent Rayman, a vylepšená verze šifry - Grand Cru od Johana Borsta.

Zabezpečení

V červnu 2003 americká Národní bezpečnostní agentura zjistila, že AES je dostatečně silný na to, aby mohl být použit k ochraně utajovaných informací .  Do úrovně SECRET bylo povoleno používat klíče 128 bitů, pro úroveň TOP SECRET byly vyžadovány klíče 192 a 256 bitů [7] .

XSL útok

Na rozdíl od většiny ostatních šifer má AES jednoduchý matematický popis. To znepokojilo mimo jiné Nielse Fergusona , který ve své práci poznamenal, že bezpečnost šifry je založena na novém nevyzkoušeném předpokladu o složitosti řešení určitých typů rovnic ( anglicky  „The security of Rijndael závisí na novém a nevyzkoušeném předpokladu tvrdosti : je výpočetně nemožné řešit rovnice tohoto typu" ) [8] [9] , stejně jako Bruce Schneier, který ve společné knize s Nilsem napsal:

K AES máme jednu kritiku: moc nedůvěřujeme jeho bezpečnosti. Co nás na AES nejvíce znepokojuje, je jeho jednoduchá algebraická struktura… Žádná jiná bloková šifra nemá tak jednoduché algebraické vyjádření. Nemáme ponětí, zda to vede k útoku nebo ne, ale nevědomost je dostatečným důvodem k tomu, abychom byli k používání AES skeptičtí.

Nicolas Courtois a Josef  Pieprzyk publikovaliv roce 2002 článek , ve kterém popsali teoretický útok, který nazvali XSL útok ( eXtended Sparse Linearization ), který by mohl umožnit prolomení AES šifer a Hada [10] [11] . Ne všichni však výsledky práce přijali optimisticky:   

Domnívám se, že v práci Courtoise-Pepshika je chyba. Nadhodnotili počet lineárně nezávislých rovnic. V důsledku toho nemají dostatek lineárních rovnic k řešení systému a [specifikovaná] metoda nemůže Rijndaela rozlousknout. Má nějakou zásluhu a stojí za prozkoumání, ale Rijndael ve své současné podobě nehackuje.

Na stránce věnované diskusi o soutěži NESSIE , koncem roku 2002 jeden z autorů šifry Vincent Rayman uvedl, že XSL útok je jen sen ( anglicky  The XSL attack is not an attack. It is a dream ) (tento pohled byl později zopakován v roce 2004 na 4. konferenci AES v Bonnu ). Na to Courtois odpověděl, že tento sen by se pro autora AES mohl stát noční můrou ( anglicky  It may also be a very bad dream and turn into a nightmare ) [12] (hra se slovy: sen se překládá jak jako sen , tak jako sen . Nightmare se překládá jako noční můra, noční můra ).

V roce 2003 Sean Murphy a Matt Robshaw publikovali  článek , ve kterém ( za předpokladu, že výsledky Courtoise a Pepshika jsou správné) odůvodnili možnost útoku na algoritmus AES, čímž se počet operací pro cracknutí snížil z 2128 na 2100 . Na 4. konferenci AES však  Ilia Toli a Alberto Zanoni ukázali, že práce Murphyho a Robshawa byla nesprávná [ 13] .  Později, v roce 2007, Chu-Wee Lim a Khoongming Khoo také ukázali, že tento útok nemůže fungovat tak, jak je popsáno [14 ] .  

Útok na boční kanál

Útoky postranním kanálem nesouvisí s matematickými rysy šifry, ale využívají určité implementační vlastnosti systémů využívajících tyto šifry za účelem odhalení částečně nebo zcela tajných dat, včetně klíče. Existuje několik podobných útoků na systémy využívající algoritmus AES.

V dubnu 2005 publikoval Daniel J. Bernstein  článek popisující útok, který využívá informace o době provádění každé šifrovací operace k prasknutí [15] . Tento útok vyžadoval k nalezení klíče přes 200 milionů vybraných šifrových textů [16] .

V říjnu 2005 představili Doug Arne Osvik, Adi Shamir a Eran Trumer článek popisující několik útoků, které využívají čas k nalezení klíče. Jeden z prezentovaných útoků získal klíč po 800 šifrovacích operacích. Útok vyžadoval, aby kryptoanalytik mohl spouštět programy na stejném systému, kde bylo šifrování provedeno [17] .

V prosinci 2009 byl publikován článek, ve kterém použití diferenciální analýzy chyb ( angl.  Differential Fault Analysis ), uměle vytvořené ve stavové matici v 8. kole šifrování, umožnilo obnovit klíč ve 2 32 operacích [18 ] .

Viz také

• Testování algoritmů, které se zúčastnily soutěže AES
• TKIP
• WPA
• CCMP

Poznámky

1. ↑ Čekanovova laboratoř. Intel Core i5 (Clarkdale): Analýza hardwarové akcelerace šifrování AES . THG (19. ledna 2010). - "nejoblíbenější standard pro symetrické šifrování ve světě IT." Získáno 14. listopadu 2010. Archivováno z originálu 26. února 2012. (Ruština)
2. ↑ Birjukov, Alex a Chovratovič, Dmitrij. Related-key Cryptanalysis of the Full AES-192 and AES-256  (anglicky)  // Advances in Cryptology - ASIACRYPT 2009. - Springer Berlin / Heidelberg, 2009. - Vol. 5912 . - str. 1-18 . - doi : 10.1007/978-3-642-10366-7_1 . Archivováno z originálu 18. prosince 2010.
3. ↑ Archivovaná kopie (odkaz není dostupný) . Získáno 7. prosince 2006. Archivováno z originálu 6. listopadu 2006. (neurčitý) 
4. ↑ Chybová stránka NIST archivována 28. září 2010.
5. ↑ Bounce to index.html Archivováno 17. července 2014.
6. ↑ http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips197/fips-197.pdf Archivováno 7. dubna 2015 na Wayback Machine "5.1.3 MixColumns() Transformation .. Sloupce jsou považovány za polynomy nad GF( 2^8) a vynásobený modulo x^4 + 1 pevným polynomem a(x), daným vztahem a(x) = {03}x³ + {01}x² + {01}x + {02}."
7. ↑ Národní politika pro používání pokročilého šifrovacího standardu (AES) k ochraně národních bezpečnostních systémů a informací o národní bezpečnosti  . Výbor pro národní bezpečnostní systémy (červen 2003). Datum přístupu: 27. října 2010. Archivováno z originálu 19. února 2012.
8. ↑ James McLaughlin. Kontroverze XSL // Přehled technik šifrování blokových šifer . - tisk. - York: University of York, 2009.  (nepřístupný odkaz)
9. ↑ Niels Ferguson, Richard Schroeppel a Doug Whiting. Jednoduchá algebraická reprezentace Rijndaela  //  Selected Areas in Cryptography, Proc. SAC 2001, Poznámky k přednáškám z informatiky #2259. - Springer Verlag, 2001. - S. 103-111 . Archivováno z originálu 16. ledna 2016.
10. ↑ Bruce Schneier. Crypto-Gram  Newsletter . Schneier o bezpečnosti (15. září 2002). Datum přístupu: 27. října 2010. Archivováno z originálu 19. února 2012.
11. ↑ Nicolas Courtois, Josef Pieprzyk. Kryptoanalýza blokových šifer s předefinovanými systémy rovnic  //  Pokroky v kryptologii - ASIACRYPT 2002 8. mezinárodní konference o teoretické aplikaci kryptologie a informační bezpečnosti Queenstown, Nový Zéland, 1.–5. prosince 2002 Proceedings. Poznámky k přednáškám z informatiky (2501). - Springer, 2002. - S. 267-287 . - doi : 10.1007/3-540-36178-2 . Archivováno 26. října 2020.
12. ↑ Diskusní fórum NESSIE
13. ↑ Ilia Toli, Alberto Zanoni. Algebraická interpretace AES-128   // Proc . konference AES. - 2005. - Sv. 2005 . - str. 84-97 . - doi : 10.1007/11506447_8 .  (nedostupný odkaz)
14. ↑ Chu-wee Lim, Khoongming Khoo. Analýza XSL aplikovaná na BES  //  Rychlé softwarové šifrování. - Heidelberg: Springer Berlin / Heidelberg, 2007. - Sv. 4593 . - str. 242-253 . - doi : 10.1007/978-3-540-74619-5_16 .  (nedostupný odkaz)
15. ↑ Daniel J. Bernstein. Útoky na časování mezipaměti na  AES . - 2004. Archivováno 17. září 2008.
16. ↑ Bruce Schneier. AES Timeing  Attack . Schneier o bezpečnosti (17. května 2005). Datum přístupu: 27. října 2010. Archivováno z originálu 19. února 2012.
17. ↑ Dag Arne Osvik; Adi Shamir a Eran Tromer. Útoky do mezipaměti a protiopatření: případ AES  // Témata v kryptologii - CT-RSA 2006, The Cryptografers' Track na konferenci RSA. - Springer-Verlag, 2005. - S. 1-20. Archivováno 25. listopadu 2020.
18. ↑ Dhiman Saha, Debdeep Mukhopadhyay, Dipanwita Roy Chowdhury. Diagonální chybový útok na Advanced Encryption Standard   // Cryptology ePrint Archive . - 2009. Archivováno 6. srpna 2020.

Literatura

• Federal Information Processing Standards Publication 197, 26. listopadu 2001 Specifikace pro ADVANCED ENCRYPTION STANDARD (AES) Archivováno 7. dubna 2015 na Wayback Machine 
• Barichev S. G. , Goncharov V. V. , Serov R. E. 2.4.2. standard AES. Algoritmus Rijdael // Základy moderní kryptografie - 3. vyd. - M . : Dialog-MEPhI , 2011. - S. 30-35. — 176 s. — ISBN 978-5-9912-0182-7

Odkazy

• Detailní animace o implementaci a návrhu AES
• O procesu adopce AES Archivováno 22. ledna 2008 na Wayback Machine
• Jeff Moser. A Stick Figure Guide to Advanced Encryption Standard (AES)  (anglicky) (22. září 2009). Získáno 22. listopadu 2010. Archivováno z originálu 19. února 2012.  - AES v obrazech (ruský překlad Archivováno23. června 2013 naWayback Machine)

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online)