AES (titkosítási szabvány)

Minden körben AddRoundKey RoundKeyegyesül az Állammal . Minden körre Roundkey a CipherKeyc-ből adható meg a következő eljárással KeyExpansion; minden RoundKey azonos méretű az állam méretével. Az eljárás bitenkénti XOR -t hajt végre minden bájtnál Stateminden bájtnál RoundKey.

Kulcsfeldolgozó algoritmus

A kulcsfeldolgozó algoritmus két eljárásból áll:

• Kerek kulcsgenerálási algoritmus (kulcsbővítési algoritmus)
• Algoritmus kerek kulcs kiválasztásához (iterációs kulcs)

Algoritmus kerek kulcsok generálásához

Az AES algoritmus a KeyExpansion() eljárást használva, és ennek betáplálását Cipher Key, K, megkapja a kulcsokat minden körhöz. Összesen Nb*(Nr + 1) szó van: kezdetben az algoritmusnak egy Nb szókészletre van szüksége, és minden Nr körhöz Nb kulcsadatkészletre van szükség. A körökhöz tartozó kulcsok így kapott tömbje , . A KeyExpansion() algoritmus az alábbi pszeudokódban látható.

A SubWord() függvény egy négybájtos bemeneti szót vesz fel, és mind a négy bájthoz S-boxot alkalmaz. Ami történt, az a kimenetre kerül. A RotWord() bemenetként egy szót vesz fel , amelyen végigfut, és visszaadja a . Az ebben a körben konstans szavak tömbje tartalmazza az értékeit , ahol x = {02}, és a ( 1-től kezdődő hatványa ).

Az ábrán látható, hogy a kiterjesztett kulcs első szavai Cipher Key-vel vannak kitöltve. Minden következő szóban az XOR művelet során kapott érték kerül , valamint az előző és Nk pozíció XOR-ja a szavak elé. Azoknál a szavaknál, amelyek pozíciója Nk többszöröse, egy transzformációt alkalmazunk w[i-1]-re az XOR előtt, majd egy XOR-t az Rcon[i] kerek konstanssal. A fenti transzformáció egy szó bájtjainak körkörös eltolásából áll (RotWord()), majd egy SubWord() eljárásból áll - ugyanúgy, mint a SubBytes(), csak a bemeneti és kimeneti adatok lesznek szóméretek.

Fontos megjegyezni, hogy a 256 bites rejtjelkulcs KeyExpansion() eljárása némileg eltér a 128 bites és 192 bites rejtjelkulcsokétól. Ha az és többszöröse , akkor a SubWord() az XOR'a előtt kerül alkalmazásra.

Pszeudokód a kulcskiterjesztéshez

Dekódolás

Pszeudokód az Inverse Cipher számára

Kerek kulcskiválasztási algoritmus

Minden iterációnál kiválasztásra kerül a tömbből az AddRoundKey művelet kerek kulcsa, elemtől kezdve -ig .

Az algoritmus változatai

Az AES alapjául szolgáló Rijndael algoritmus alapján alternatív kriptoalgoritmusokat valósítanak meg. A leghíresebbek közé tartoznak a Nessie : Anubis involúciós verseny résztvevői, amelynek szerzője Vincent Rayman és a titkosítás továbbfejlesztett változata - Grand Cru , Johan Borsttól.

Biztonság

2003 júniusában az Egyesült Államok Nemzetbiztonsági Ügynöksége megállapította, hogy az AES elég erős a minősített információk védelmére .  A SECRET szintig 128 bites kulcsok használhatók, a SZIGORÚAN TITKOS szinthez 192 és 256 bites kulcsok kellettek [7] .

XSL támadás

A legtöbb más rejtjellel ellentétben az AES-nek egyszerű matematikai leírása van. Ez többek között Niels Fergusont is aggasztotta , aki munkájában megjegyezte, hogy a rejtjel biztonsága egy új, nem tesztelt feltételezésen alapul bizonyos típusú egyenletek megoldásának bonyolultságára vonatkozóan ( angolul  „The security of Rijndael riippuu új és untested keménységfeltevés : számításilag nem kivitelezhető az ilyen típusú egyenletek megoldása" ) [8] [9] , valamint Bruce Schneier, aki Nilsszel közös könyvében azt írta:

Egyetlen kritikánk van az AES-sel szemben: nem igazán bízunk a biztonságában. Ami a legjobban aggaszt minket az AES-sel kapcsolatban, az az egyszerű algebrai felépítés… Nincs más blokkrejtjel, amely ilyen egyszerű algebrai ábrázolással rendelkezik. Fogalmunk sincs, hogy ez támadáshoz vezet-e vagy sem, de ennek nem ismerete elég ok arra, hogy szkeptikusak legyünk az AES használatával kapcsolatban.

Nicolas Courtois és Josef  Pieprzyk 2002-ben publikáltegy cikket , amelyben egy elméleti támadást írtak le, amelyet XSL - támadásnak ( eXtended Sparse Linearization ), amely lehetővé teheti az AES titkosítások és a Serpent feltörését [10] [11] . A munka eredményét azonban nem mindenki fogadta optimistán:   

Úgy gondolom, hogy Courtois-Pepshik munkájában hiba van. Túlbecsülték a lineárisan független egyenletek számát. Ennek eredményeként nincs elegendő lineáris egyenletük a rendszer megoldásához, és a [meghatározott] módszer nem tudja feltörni Rijndaelt. Van némi érdeme, és érdemes felfedezni, de nem hackeli meg Rijndaelt jelenlegi formájában.

A NESSIE verseny vitájának szentelt oldalon 2002 végén a titkosítás egyik szerzője, Vincent Rayman kijelentette, hogy az XSL-támadás csak álom ( angol  The XSL attack is not an attack. It is a dream ) (ezt az álláspontot később 2004-ben a 4. AES bonni konferencián is megismételték ). Courtois erre azt válaszolta, hogy ez az álom rémálommá válhat az AES szerzője számára ( angolul  It may also be a very bad dream and turn to a nightmare ) [ 12] (játék a szavakkal: az álom álomnak és egy A Nightmare fordítása rémálom, rémálom ) .

2003-ban Sean Murphy és Matt Robshaw publikált egy  tanulmányt, amelyben ( feltéve, hogy Courtois és Pepshik eredményei helyesek) igazolták az AES algoritmus megtámadásának lehetőségét, 2128 -ról 2100 -ra csökkentve a feltöréshez szükséges műveletek számát . A 4. AES konferencián azonban Ilia Toli és Alberto Zanoni kimutatta, hogy Murphy és Robshaw munkája helytelen [ 13] . Később, 2007-ben Chu-Wee Lim és Khoongming Khoo is megmutatta, hogy ez a támadás nem működhet a leírtak szerint [14 ] .    

Oldalsó csatorna támadás

Az oldalcsatornás támadások nem kapcsolódnak a rejtjel matematikai jellemzőihez, hanem az ezeket a rejtjeleket használó rendszerek bizonyos megvalósítási jellemzőit használják fel, hogy felfedjék a részben vagy teljesen titkos adatokat, beleértve a kulcsot is. Számos hasonló támadás éri az AES algoritmust használó rendszereket.

2005 áprilisában Daniel J. Bernstein  publikált egy tanulmányt, amelyben leír egy támadást, amely az egyes titkosítási műveletek végrehajtási idejére vonatkozó információkat használja fel a feltöréshez [15] . Ehhez a támadáshoz több mint 200 millió kiválasztott rejtjelezett szövegre volt szükség a kulcs megtalálásához [16] .

2005 októberében Doug Arne Osvik, Adi Shamir és Eran Trumer bemutatott egy tanulmányt, amelyben több olyan támadást is leírnak, amelyekhez idő szükséges a kulcs megtalálásához. Az egyik bemutatott támadás 800 titkosítási művelet után szerezte meg a kulcsot. A támadás megkövetelte, hogy a kriptoanalizátor ugyanazon a rendszeren futtasson programokat, ahol a titkosítást végrehajtották [17] .

2009 decemberében publikáltak egy cikket, amelyben a 8. titkosítási körnél az állapotmátrixban mesterségesen létrehozott differenciális hibaelemzés ( eng.  Differential Fault Analysis ) alkalmazása lehetővé tette a kulcs visszaállítását 2 32 műveletben [18] ] .

Lásd még

• Az AES versenyen részt vevő algoritmusok tesztelése
• TKIP
• WPA
• CCMP

Jegyzetek

1. ↑ Csekanov laboratóriuma. Intel Core i5 (Clarkdale): Az AES titkosítási hardveres gyorsítás elemzése . THG (2010. január 19.). - "a szimmetrikus titkosítás legnépszerűbb szabványa az IT-világban." Letöltve: 2010. november 14. Az eredetiből archiválva : 2012. február 26.. (Orosz)
2. ↑ Birjukov, Alex és Hovratovics, Dmitrij. Related-key Cryptanalysis of the Full AES-192 and AES-256  (angol nyelven)  // Advances in Cryptology - ASIACRYPT 2009. - Springer Berlin / Heidelberg, 2009. - Vol. 5912 . - P. 1-18 . - doi : 10.1007/978-3-642-10366-7_1 . Az eredetiből archiválva : 2010. december 18.
3. ↑ Archivált másolat (a hivatkozás nem elérhető) . Letöltve: 2006. december 7. Az eredetiből archiválva : 2006. november 6.. (határozatlan) 
4. ↑ NIST hibaoldal archiválva : 2010. szeptember 28.
5. ↑ Vissza az index.html oldalra Archiválva : 2014. július 17.
6. ↑ http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips197/fips-197.pdf Archiválva : 2015. április 7. a Wayback Machine -nál "5.1.3 MixColumns() Transformation .. Az oszlopok polinomoknak számítanak a GF(" felett 2^8) és megszorozva a modulo x^4 + 1-et egy rögzített a(x) polinommal, az a(x) = {03}x³ + {01}x² + {01}x + {02}."
7. ↑ Nemzeti politika a fejlett titkosítási szabvány (AES) használatáról a nemzetbiztonsági rendszerek és a nemzetbiztonsági információk védelmére  . Nemzetbiztonsági Rendszerek Bizottsága (2003. június). Hozzáférés dátuma: 2010. október 27. Az eredetiből archiválva : 2012. február 19.
8. ↑ James McLaughlin. Az XSL-ellentmondás // A blokk-titkos kriptográfiai elemzési technikák áttekintése . — nyomtatni. - York: University of York, 2009.  (elérhetetlen link)
9. ↑ Niels Ferguson, Richard Schroeppel és Doug Whiting. Rijndael egyszerű algebrai ábrázolása  //  Selected Areas in Cryptography, Proc. SAC 2001, Lecture Notes in Computer Science #2259. - Springer Verlag, 2001. - P. 103-111 . Az eredetiből archiválva : 2016. január 16.
10. ↑ Bruce Schneier. Crypto-Gram  hírlevél . Schneier a biztonságról (2002. szeptember 15.). Hozzáférés dátuma: 2010. október 27. Az eredetiből archiválva : 2012. február 19.
11. ↑ Nicolas Courtois, Josef Pieprzyk. Túldefiniált egyenletrendszerű blokkrejtjelek kriptanalízise  //  Advances in Cryptology - ASIACRYPT 2002 8th International Conference on the Theory Application of Cryptology and Information Security Queenstown, Új-Zéland, 2002. december 1-5. Proceedings. Előadásjegyzetek számítástechnikából (2501). - Springer, 2002. - P. 267-287 . - doi : 10.1007/3-540-36178-2 . Archiválva : 2020. október 26.
12. ↑ NESSIE vitafórum
13. ↑ Ilia Toli, Alberto Zanoni. Az AES-128 algebrai értelmezése   // Proc . az AES konferencián. - 2005. - 20. évf. 2005 . - 84-97 . o . - doi : 10.1007/11506447_8 .  (nem elérhető link)
14. ↑ Chu-wee Lim, Khoongming Khoo. A BES-re alkalmazott XSL elemzése  //  Gyors szoftveres titkosítás. - Heidelberg: Springer Berlin / Heidelberg, 2007. - Vol. 4593 . - P. 242-253 . - doi : 10.1007/978-3-540-74619-5_16 .  (nem elérhető link)
15. ↑ Daniel J. Bernstein. Gyorsítótár-időzítési támadások  AES ellen . - 2004. Archiválva : 2008. szeptember 17.
16. ↑ Bruce Schneier. AES Timing  Attack . Schneier a biztonságról (2005. május 17.). Hozzáférés dátuma: 2010. október 27. Az eredetiből archiválva : 2012. február 19.
17. ↑ Dag Arne Osvik; Adi Shamir és Eran Tromer. Gyorsítótár támadások és ellenintézkedések: az AES esete  // Kriptológiai témák - CT-RSA 2006, The Cryptographers' Track at the RSA Conference. - Springer-Verlag, 2005. - P. 1-20. Archiválva : 2020. november 25.
18. ↑ Dhiman Saha, Debdeep Mukhopadhyay, Dipanwita Roy Chowdhury. Átlós hibatámadás a fejlett titkosítási szabvány ellen   // Cryptology ePrint Archívum . - 2009. Archiválva : 2020. augusztus 6.

Irodalom

• Szövetségi információfeldolgozási szabványok 197. kiadványa, 2001. november 26. Az ADVANCED ENCRYPTION STANDARD (AES) specifikációja archiválva : 2015. április 7. a Wayback Machine -nél 
• Baricsev S. G. , Goncharov V. V. , Szerov R. E. 2.4.2. AES szabvány. Rijdael algoritmus // A modern kriptográfia alapjai - 3. kiadás. - M . : Dialog-MEPhI , 2011. - S. 30-35. — 176 p. — ISBN 978-5-9912-0182-7

Linkek

• Részletes animáció az AES megvalósításáról és tervezéséről
• Az AES átvételi folyamatról archiválva 2008. január 22-én a Wayback Machine -nél
• Jeff Moser. Egy pálcikafigura útmutató a fejlett titkosítási szabványhoz (AES)  (angol) (2009. szeptember 22.). Letöltve: 2010. november 22. Az eredetiből archiválva : 2012. február 19..  - AES képekben (orosz fordítás archiválva2013. június 23-án aWayback Machine)

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online)