AES (standard de criptare)

AddRoundKey RoundKeySe combină cu statul în fiecare procedură rundă . Pentru fiecare rundă Roundkey se obține din CipherKeyc folosind procedura KeyExpansion; fiecare RoundKey are aceeași dimensiune cu statul. Procedura efectuează un XOR pe biți al fiecărui octet Statecu fiecare octet RoundKey.

Algoritm de procesare a cheilor

Algoritmul de procesare a cheilor constă din două proceduri:

• Algoritm de generare a cheilor rotunde (algoritm de extindere a cheilor)
• Algoritm pentru alegerea unei chei rotunde (cheie de iterație)

Algoritm pentru generarea cheilor rotunde

Algoritmul AES, folosind procedura KeyExpansion() și alimentând-o Cipher Key, K, obține cheile pentru toate rundele. Există în total Nb*(Nr + 1) cuvinte: inițial, algoritmul are nevoie de un set de Nb cuvinte, iar fiecare dintre rundele Nr are nevoie de Nb seturi de date cheie. Matricea rezultată de chei pentru runde este notat ca , . Algoritmul KeyExpansion() este prezentat în pseudocodul de mai jos.

Funcția SubWord() preia un cuvânt de intrare de patru octeți și aplică o casetă S fiecăruia dintre cei patru octeți. Ceea ce sa întâmplat este transmis la ieșire. RotWord() ia un cuvânt ca intrare , pe care îl parcurge și îl returnează . Matricea de cuvinte care este constantă pentru această rundă, , conține valorile lui , unde x = {02} și este o putere a lui ( începe de la 1).

Din figură, puteți vedea că primele cuvinte ale cheii extinse sunt umplute cu Cipher Key. În fiecare cuvânt ulterior, , se pune valoarea obținută în timpul operației XOR și , acele XOR ale pozițiilor anterioare și Nk înaintea cuvintelor. Pentru cuvintele a căror poziție este un multiplu al lui Nk, se aplică o transformare la w[i-1] înainte de XOR, urmată de un XOR cu constanta rotundă Rcon[i]. Transformarea de mai sus constă într-o deplasare circulară a octeților dintr-un cuvânt (RotWord()) urmată de o procedură SubWord() - la fel ca și SubBytes(), doar datele de intrare și de ieșire vor avea dimensiunea cuvântului.

Este important de reținut că procedura KeyExpansion() pentru o cheie de cifrat pe 256 de biți este ușor diferită de cea pentru cheile de cifrat pe 128 de biți și 192 de biți. Dacă și este un multiplu de , atunci SubWord() este aplicat înainte de XOR'a.

Pseudocod pentru extinderea cheii

Decriptare

Pseudocod pentru Cifrare inversă

Algoritmul de selecție a tastelor rotunde

La fiecare iterație , cheia rotundă pentru operația AddRoundKey este selectată din matrice , începând de la element la .

Variante ale algoritmului

Pe baza algoritmului Rijndael care stă la baza AES, sunt implementați criptoalgoritmi alternativi. Printre cei mai faimoși se numără participanții la competiția Nessie : Anubis despre involuții, scrisă de Vincent Rayman și o versiune îmbunătățită a cifrului - Grand Cru de Johan Borst.

Securitate

În iunie 2003, Agenția de Securitate Națională a SUA a stabilit că AES era suficient de puternic pentru a fi utilizat pentru a proteja informațiile clasificate .  Până la nivelul SECRET se permitea folosirea cheilor de 128 de biți, pentru nivelul TOP SECRET erau necesare chei de 192 și 256 de biți [7] .

Atacul XSL

Spre deosebire de majoritatea altor cifruri, AES are o descriere matematică simplă. Acest lucru l-a îngrijorat , printre alții, pe Niels Ferguson , care a remarcat în lucrarea sa că securitatea unui cifr se bazează pe o nouă presupunere netestată cu privire la complexitatea rezolvării anumitor tipuri de ecuații ( în engleză  „Securitatea Rijndael depinde de o nouă și netestată presupunere de duritate : este imposibil din punct de vedere computațional să se rezolve ecuații de acest tip" ) [8] [9] , precum și Bruce Schneier, care a scris într-o carte comună cu Niels:

Avem o singură critică la adresa AES: nu prea avem încredere în securitatea sa. Ceea ce ne îngrijorează cel mai mult în legătură cu AES este structura sa algebrică simplă... Niciun alt cifru bloc nu are o reprezentare algebrică atât de simplă. Nu avem idee dacă acest lucru duce la un atac sau nu, dar neștiind acest lucru este un motiv suficient pentru a fi sceptici cu privire la utilizarea AES.

Nicolas Courtois și Josef  Pieprzyk au publicatun articol în 2002 în care au descris un atac teoretic pe care l-au numit atacul XSL ( eXtended Sparse Linearization ), care ar putea permite spargerea cifrurilor AES și Serpent [10] [11] . Cu toate acestea, rezultatele muncii nu au fost acceptate de toată lumea în mod optimist:   

Cred că există o eroare în opera lui Courtois-Pepshik. Au supraestimat numărul de ecuații liniar independente. Ca urmare, ei nu au suficiente ecuații liniare pentru a rezolva sistemul, iar metoda [specificată] nu poate sparge Rijndael. Are ceva merit și merită explorat, dar nu pirata Rijndael în forma sa actuală.

Pe pagina dedicată discuției despre concursul NESSIE , la sfârșitul anului 2002, unul dintre autorii cifrului, Vincent Rayman, afirma că atacul XSL este doar un vis ( engleză  The XSL attack is not an attack. It is a dream. ) (acest punct de vedere a fost repetat ulterior în 2004 la a patra conferință AES de la Bonn ). La aceasta, Courtois a răspuns că acest vis ar putea deveni un coșmar pentru autorul cărții AES ( English  It may also be a very bad dream and transform into a nightmare ) [12] (joc de cuvinte: visul se traduce atât ca vis , cât și ca un vis . Coșmar se traduce prin coșmar, coșmar ).

În 2003, Sean Murphy și Matt Robshaw au publicat o  lucrare în care ( presupunând că rezultatele lui Courtois și Pepshik sunt corecte) justificau posibilitatea de a ataca algoritmul AES, reducând numărul de operațiuni de cracare de la 2128 la 2100 . Cu toate acestea, la a 4-a conferință AES , Ilia Toli și Alberto Zanoni au arătat că munca lui Murphy și Robshaw a fost incorectă [ 13] . Mai târziu, în 2007, Chu-Wee Lim și Khoongming Khoo au arătat, de asemenea, că acest atac nu poate funcționa așa cum este descris [14 ] .    

Atacul pe canal lateral

Atacurile pe canale laterale nu sunt legate de caracteristicile matematice ale cifrului, dar folosesc anumite caracteristici de implementare ale sistemelor care folosesc aceste cifruri pentru a dezvălui date parțial sau complet secrete, inclusiv cheia. Există mai multe atacuri similare asupra sistemelor care utilizează algoritmul AES.

În aprilie 2005, Daniel J. Bernstein a  publicat o lucrare care descrie un atac care folosește informații despre timpul de execuție al fiecărei operațiuni de criptare pentru a sparge [15] . Acest atac a necesitat peste 200 de milioane de texte cifrate alese pentru a găsi cheia [16] .

În octombrie 2005, Doug Arne Osvik, Adi Shamir și Eran Trumer au prezentat o lucrare care descrie mai multe atacuri care folosesc timpul pentru a găsi o cheie. Unul dintre atacurile prezentate a obținut cheia după 800 de operațiuni de criptare. Atacul a necesitat ca criptoanalistul să poată rula programe pe același sistem în care a fost efectuată criptarea [17] .

În decembrie 2009, a fost publicată o lucrare în care utilizarea analizei diferenţiale a erorilor ( ing.  Differential Fault Analysis ), creată artificial în matricea de stări la a 8-a rundă de criptare, a făcut posibilă recuperarea cheii în 2 32 de operaţii [18] ] .

Vezi și

• Testarea algoritmilor care au participat la competiția AES
• TKIP
• WPA
• CCMP

Note

1. ↑ Laboratorul lui Cekanov. Intel Core i5 (Clarkdale): Analiza accelerării hardware de criptare AES . THG (19 ianuarie 2010). - „cel mai popular standard pentru criptarea simetrică în lumea IT”. Consultat la 14 noiembrie 2010. Arhivat din original pe 26 februarie 2012. (Rusă)
2. ↑ Biryukov, Alex și Hovratovici, Dmitri. Criptanaliză cu chei înrudite ale AES-192 și AES-256 complet  (engleză)  // Progrese în criptologie - ASIACRYPT 2009. - Springer Berlin / Heidelberg, 2009. - Vol. 5912 . - P. 1-18 . - doi : 10.1007/978-3-642-10366-7_1 . Arhivat din original pe 18 decembrie 2010.
3. ↑ Copie arhivată (link nu este disponibil) . Consultat la 7 decembrie 2006. Arhivat din original pe 6 noiembrie 2006. (nedefinit) 
4. ↑ Pagina de eroare NIST arhivată 28 septembrie 2010.
5. ↑ Bounce to index.html Arhivat 17 iulie 2014.
6. ↑ http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips197/fips-197.pdf Arhivat 7 aprilie 2015 la Wayback Machine „5.1.3 MixColumns() Transformation .. Coloanele sunt considerate ca polinoame peste GF( 2^8) și înmulțit modulo x^4 + 1 cu un polinom fix a(x), dat de a(x) = {03}x³ + {01}x² + {01}x + {02}."
7. ↑ Politica națională privind utilizarea standardului avansat de criptare (AES) pentru a proteja sistemele naționale de securitate și informațiile de securitate națională  . Comisia pentru Sisteme Naţionale de Securitate (iunie 2003). Data accesului: 27 octombrie 2010. Arhivat din original la 19 februarie 2012.
8. ↑ James McLaughlin. Controversa XSL // Un studiu al tehnicilor de criptoanaliza cu coduri bloc . - imprimare. - York: Universitatea din York, 2009.  (link inaccesibil)
9. ↑ Niels Ferguson, Richard Schroeppel și Doug Whiting. O reprezentare algebrică simplă a lui Rijndael  //  Selected Areas in Cryptography, Proc. SAC 2001, Note de curs în Informatică #2259. - Springer Verlag, 2001. - P. 103-111 . Arhivat din original pe 16 ianuarie 2016.
10. ↑ Bruce Schneier. Buletin informativ Crypto-Gram  . Schneier despre securitate (15 septembrie 2002). Data accesului: 27 octombrie 2010. Arhivat din original la 19 februarie 2012.
11. ↑ Nicolas Courtois, Josef Pieprzyk. Cryptanalysis of Block Ciphers with Overdefined Systems of Equations  //  Advances in Cryptology - ASIACRYPT 2002 A 8-a Conferință Internațională privind Aplicarea Teoriei Criptologiei și Securitatea Informației Queenstown, Noua Zeelandă, 1-5 decembrie 2002 Proceedings. Note de curs în informatică (2501). - Springer, 2002. - P. 267-287 . - doi : 10.1007/3-540-36178-2 . Arhivat 26 octombrie 2020.
12. ↑ Forumul de discuții NESSIE
13. ↑ Ilia Toli, Alberto Zanoni. O interpretare algebrică a AES-128   // Proc . a Conferinței AES. - 2005. - Vol. 2005 . - P. 84-97 . - doi : 10.1007/11506447_8 .  (link indisponibil)
14. ↑ Chu-wee Lim, Khoongming Khoo. O analiză a XSL aplicată la BES  //  Criptare rapidă a software-ului. - Heidelberg: Springer Berlin / Heidelberg, 2007. - Vol. 4593 . - P. 242-253 . - doi : 10.1007/978-3-540-74619-5_16 .  (link indisponibil)
15. ↑ Daniel J. Bernstein. Atacurile cu sincronizarea cache-ului asupra  AES . - 2004. Arhivat la 17 septembrie 2008.
16. ↑ Bruce Schneier. AES Timing  Attack . Schneier despre securitate (17 mai 2005). Data accesului: 27 octombrie 2010. Arhivat din original la 19 februarie 2012.
17. ↑ Dag Arne Osvik; Adi Shamir și Eran Tromer. Atacuri în cache și contramăsuri: cazul AES  // Subiecte în criptologie - CT-RSA 2006, The Cryptographers' Track la Conferința RSA. - Springer-Verlag, 2005. - P. 1-20. Arhivat 25 noiembrie 2020.
18. ↑ Dhiman Saha, Debdeep Mukhopadhyay, Dipanwita Roy Chowdhury. Un atac de eroare în diagonală asupra standardului avansat de criptare   // Arhiva Cryptology ePrint . - 2009. Arhivat la 6 august 2020.

Literatură

• Publicația federală privind standardele de procesare a informațiilor 197 26 noiembrie 2001 Specificații pentru STANDARDUL AVANSAT DE criptare (AES) Arhivat la 7 aprilie 2015 la Wayback Machine 
• Barichev S. G. , Goncharov V. V. , Serov R. E. 2.4.2. Standardul AES. Algoritmul Rijdael // Fundamentele criptografiei moderne - ed. a III-a. - M . : Dialog-MEPhI , 2011. - S. 30-35. — 176 p. — ISBN 978-5-9912-0182-7

Link -uri

• Animație detaliată despre implementarea și proiectarea AES
• Despre procesul de adopție AES Arhivat la 22 ianuarie 2008 la Wayback Machine
• Jeff Moser. A Stick Figure Guide to the Advanced Encryption Standard (AES)  (engleză) (22 septembrie 2009). Consultat la 22 noiembrie 2010. Arhivat din original pe 19 februarie 2012.  - AES în imagini (traducere în rusă Arhivat23 iunie 2013 laWayback Machine)

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)