AES (krypteringsstandard)

AddRoundKey RoundKeyKombinerer med State i hver runde procedure . For hver runde Roundkey er opnået fra CipherKeyc ved hjælp af proceduren KeyExpansion; hver rundnøgle har samme størrelse som staten. Proceduren udfører en bitvis XOR af hver byte Statemed hver byte RoundKey.

Nøglebehandlingsalgoritme

Nøglebehandlingsalgoritmen består af to procedurer:

• Round Key Generation Algoritme (nøgleudvidelsesalgoritme)
• Algoritme til at vælge en rund nøgle (iterationsnøgle)

Algoritme til generering af runde nøgler

AES-algoritmen, ved at bruge KeyExpansion()-proceduren og tilføre den Cipher Key, K, henter nøglerne til alle runder. Der er Nb*(Nr + 1) ord i alt: indledningsvis har algoritmen brug for et sæt Nb-ord, og hver af Nr-runderne har brug for Nb-nøgledatasæt. Det resulterende array af nøgler til runder er betegnet som , . KeyExpansion()-algoritmen er vist i pseudokoden nedenfor.

Funktionen SubWord() tager et fire-byte inputord og anvender en S-boks til hver af de fire bytes. Det, der skete, føres til udgangen. RotWord() tager et ord som input , som det går igennem og returnerer . Den række af ord, der er konstant for denne runde, , indeholder værdierne af , hvor x = {02}, og er en potens af ( starter fra 1).

På figuren kan du se, at de første ord i den udvidede nøgle er fyldt med Cipher Key. I hvert efterfølgende ord, , sættes værdien opnået under XOR-operationen og , disse XOR for de foregående og Nk-positioner før ordene. For ord, hvis position er et multiplum af Nk, anvendes en transformation til w[i-1] før XOR, efterfulgt af en XOR med den runde konstant Rcon[i]. Ovenstående transformation består af en cirkulær forskydning af bytes i et ord (RotWord()) efterfulgt af en SubWord() procedure - det samme som SubBytes(), kun input og output data vil være ordstørrelse.

Det er vigtigt at bemærke, at KeyExpansion()-proceduren for en 256-bit chiffernøgle er en smule anderledes end dem for 128-bit og 192-bit chiffernøgler. Hvis og er et multiplum af , så anvendes SubWord() før XOR'a.

Pseudokode til nøgleudvidelse

Dekryptering

Pseudokode for omvendt chiffer

Algoritme for rundnøglevalg

Ved hver iteration vælges den runde nøgle til AddRoundKey- operationen fra arrayet , startende fra element til .

Varianter af algoritmen

Baseret på Rijndael-algoritmen, der ligger til grund for AES, implementeres alternative kryptoalgoritmer. Blandt de mest berømte er deltagerne i Nessie : Anubis -konkurrencen om involutioner, forfattet af Vincent Rayman og en forbedret version af chifferen - Grand Cru af Johan Borst.

Sikkerhed

I juni 2003 fastslog US National Security Agency, at AES var stærk nok til at blive brugt til at beskytte klassificerede oplysninger .  Op til HEMMELIG niveau var det tilladt at bruge nøgler på 128 bit, til TOP SECRET niveau krævedes nøgler på 192 og 256 bit [7] .

XSL-angreb

I modsætning til de fleste andre cifre har AES en simpel matematisk beskrivelse. Dette bekymrede blandt andre Niels Ferguson , som bemærkede i sit arbejde, at sikkerheden af ​​en chiffer er baseret på en ny utestet antagelse om kompleksiteten af ​​at løse visse typer ligninger ( engelsk  “The security of Rijndael afhænger af en ny og utestet hårdhedsantagelse : det er beregningsmæssigt umuligt at løse ligninger af denne type" ) [8] [9] , samt Bruce Schneier, der skrev i en fælles bog med Niels:

Vi har én kritik af AES: vi stoler ikke rigtig på dets sikkerhed. Det, der bekymrer os mest ved AES, er dens simple algebraiske struktur... Ingen anden blokchiffer har en så simpel algebraisk repræsentation. Vi har ingen idé om, om dette fører til et angreb eller ej, men at ikke vide dette er grund nok til at være skeptisk over for at bruge AES.

Nicolas Courtois og Josef  Pieprzyk publiceredeen artikel i 2002, hvor de beskrev et teoretisk angreb, de kaldte XSL- angrebet ( eXtended Sparse Linearization ), som kunne tillade at bryde AES-cifre og Serpent [10] [11] . Men resultaterne af arbejdet blev ikke accepteret af alle optimistisk:   

Jeg mener, at der er en fejl i Courtois-Pepshiks arbejde. De overvurderede antallet af lineært uafhængige ligninger. Som et resultat har de ikke nok lineære ligninger til at løse systemet, og den [specificerede] metode kan ikke knække Rijndael. Det har en vis værdi og er værd at udforske, men det hacker ikke Rijndael i sin nuværende form.

På siden dedikeret til diskussionen af ​​NESSIE- konkurrencen , i slutningen af ​​2002, udtalte en af ​​forfatterne til chifferen, Vincent Rayman, at XSL-angrebet bare er en drøm ( Engelsk  XSL-angrebet er ikke et angreb. Det er en drøm ) (dette synspunkt blev senere gentaget i 2004 ved den 4. AES-konference i Bonn ). Til dette svarede Courtois, at denne drøm kunne blive et mareridt for forfatteren af ​​AES ( engelsk  Det kan også være en meget dårlig drøm og blive til et mareridt ) [12] (spil med ord: drøm oversættes både som en drøm og som en drøm . Mareridt oversættes som mareridt, mareridt ).

I 2003 udgav Sean Murphy og Matt Robshaw et  papir, hvori ( forudsat at resultaterne af Courtois og Pepshik er korrekte) begrundede muligheden for at angribe AES-algoritmen, hvilket reducerede antallet af operationer til cracking fra 2128 til 2100 . På den 4. AES-konference viste Ilia Toli og Alberto Zanoni imidlertid , at Murphy og Robshaws arbejde var forkert [ 13] . Senere, i 2007, viste Chu-Wee Lim og Khoongming Khoo også, at dette angreb ikke kan fungere som beskrevet [14 ] .    

Sidekanalangreb

Sidekanalangreb er ikke relateret til chifferens matematiske funktioner, men bruger visse implementeringsfunktioner i systemer, der bruger disse chiffere for at afsløre delvist eller helt hemmelige data, inklusive nøglen. Der er flere lignende angreb på systemer, der bruger AES-algoritmen.

I april 2005 offentliggjorde Daniel J. Bernstein  et papir, der beskrev et angreb, der bruger information om udførelsestiden for hver krypteringsoperation til at knække [15] . Dette angreb krævede over 200 millioner udvalgte chiffertekster for at finde nøglen [16] .

I oktober 2005 præsenterede Doug Arne Osvik, Adi Shamir og Eran Trumer et papir, der beskrev flere angreb, der bruger tid på at finde en nøgle. Et af de præsenterede angreb fik nøglen efter 800 krypteringsoperationer. Angrebet krævede, at kryptanalytikeren kunne køre programmer på det samme system, hvor krypteringen blev udført [17] .

I december 2009 blev der udgivet et papir, hvor brugen af ​​differentiel fejlanalyse ( eng.  Differential Fault Analysis ), kunstigt skabt i tilstandsmatrixen ved 8. krypteringsrunde, gjorde det muligt at genskabe nøglen i 2 32 operationer [18 ] .

Se også

• Test af algoritmer, der deltog i AES-konkurrencen
• TKIP
• WPA
• CCMP

Noter

1. ↑ Chekanovs laboratorium. Intel Core i5 (Clarkdale): Analyse af AES-krypteringshardwareacceleration . THG (19. januar 2010). - "den mest populære standard for symmetrisk kryptering i IT-verdenen." Hentet 14. november 2010. Arkiveret fra originalen 26. februar 2012. (Russisk)
2. ↑ Biryukov, Alex og Khovratovich, Dmitry. Related-key Cryptanalysis of the Full AES-192 and AES-256  (engelsk)  // Advances in Cryptology - ASIACRYPT 2009. - Springer Berlin / Heidelberg, 2009. - Vol. 5912 . - S. 1-18 . - doi : 10.1007/978-3-642-10366-7_1 . Arkiveret fra originalen den 18. december 2010.
3. ↑ Arkiveret kopi (link ikke tilgængeligt) . Hentet 7. december 2006. Arkiveret fra originalen 6. november 2006. (ubestemt) 
4. ↑ NIST-fejlside arkiveret 28. september 2010.
5. ↑ Bounce to index.html Arkiveret 17. juli 2014.
6. ↑ http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips197/fips-197.pdf Arkiveret 7. april 2015 på Wayback Machine "5.1.3 MixColumns() Transformation .. Søjlerne betragtes som polynomier over GF( 2^8) og ganget modulo x^4 + 1 med et fast polynomium a(x), givet ved a(x) = {03}x³ + {01}x² + {01}x + {02}."
7. ↑ National politik om brugen af ​​den avancerede krypteringsstandard (AES) til at beskytte nationale sikkerhedssystemer og nationale sikkerhedsoplysninger  . Udvalg for nationale sikkerhedssystemer (juni 2003). Dato for adgang: 27. oktober 2010. Arkiveret fra originalen 19. februar 2012.
8. ↑ James McLaughlin. XSL-kontroversen // En undersøgelse af blokchifferkrypteringsteknikker . - Print. - York: University of York, 2009.  (utilgængeligt link)
9. ↑ Niels Ferguson, Richard Schroeppel og Doug Whiting. En simpel algebraisk repræsentation af Rijndael  //  Selected Areas in Cryptography, Proc. SAC 2001, Lecture Notes in Computer Science #2259. - Springer Verlag, 2001. - S. 103-111 . Arkiveret fra originalen den 16. januar 2016.
10. ↑ Bruce Schneier. Crypto-Gram  nyhedsbrev . Schneier om sikkerhed (15. september 2002). Dato for adgang: 27. oktober 2010. Arkiveret fra originalen 19. februar 2012.
11. ↑ Nicolas Courtois, Josef Pieprzyk. Krypteringsanalyse af blokcifre med overdefinerede ligningssystemer  //  Fremskridt inden for kryptologi - ASIACRYPT 2002 8. internationale konference om teorianvendelse af kryptologi og informationssikkerhed Queenstown, New Zealand, 1.-5. december 2002 Proceedings. Forelæsningsnotater i datalogi (2501). - Springer, 2002. - S. 267-287 . - doi : 10.1007/3-540-36178-2 . Arkiveret 26. oktober 2020.
12. ↑ NESSIE Diskussionsforum
13. ↑ Ilia Toli, Alberto Zanoni. En algebraisk fortolkning af AES-128   // Proc . af AES-konferencen. - 2005. - Bd. 2005 . - S. 84-97 . - doi : 10.1007/11506447_8 .  (utilgængeligt link)
14. ↑ Chu-wee Lim, Khoongming Khoo. En analyse af XSL anvendt på BES  //  Hurtig softwarekryptering. - Heidelberg: Springer Berlin / Heidelberg, 2007. - Vol. 4593 . - S. 242-253 . - doi : 10.1007/978-3-540-74619-5_16 .  (utilgængeligt link)
15. ↑ Daniel J. Bernstein. Cache-timing angreb på  AES . - 2004. Arkiveret 17. september 2008.
16. ↑ Bruce Schneier. AES timing  angreb . Schneier om sikkerhed (17. maj 2005). Dato for adgang: 27. oktober 2010. Arkiveret fra originalen 19. februar 2012.
17. ↑ Dag Arne Osvik; Adi Shamir og Eran Tromer. Cache-angreb og modforanstaltninger: Case of AES  // Emner i kryptologi - CT-RSA 2006, The Cryptographers' Track at the RSA Conference. - Springer-Verlag, 2005. - S. 1-20. Arkiveret 25. november 2020.
18. ↑ Dhiman Saha, Debdeep Mukhopadhyay, Dipanwita Roy Chowdhury. Et diagonalt fejlangreb på Advanced Encryption Standard   // Cryptology ePrint Archive . - 2009. Arkiveret den 6. august 2020.

Litteratur

• Federal Information Processing Standards Publication 197 26. november 2001 Specifikation for ADVANCED ENCRYPTION STANDARD (AES) Arkiveret 7. april 2015 på Wayback Machine 
• Barichev S.G. , Goncharov V.V. , Serov R.E. 2.4.2. AES standard. Algoritme Rijdael // Fundamentals of modern cryptography - 3. udg. - M . : Dialog-MEPhI , 2011. - S. 30-35. — 176 s. — ISBN 978-5-9912-0182-7

Links

• Detaljeret animation om implementering og design af AES
• Om AES-adoptionsprocessen Arkiveret 22. januar 2008 på Wayback Machine
• Jeff Moser. En Stick Figure Guide til Advanced Encryption Standard (AES)  (engelsk) (22. september 2009). Hentet 22. november 2010. Arkiveret fra originalen 19. februar 2012.  - AES i billeder (russisk oversættelse Arkiveret23. juni 2013 påWayback Machine)

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online)