Cifrado de bloque simétrico estándar de cifrado avanzado

De qué se trata este artículo

Buen día, lector. En este artículo, me gustaría hablar sobre uno de los algoritmos de cifrado simétrico más comunes: el algoritmo AES.

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Introducción

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 — .

  
  
  
  
  

• Estructura orientada a bytes, que da buenas perspectivas para la implementación del algoritmo en futuros procesadores.

  
  
  
  
  

• Alto rendimiento en múltiples plataformas.

  
  
  
  
  

Conclusión

En este artículo, traté de describir en detalle el principio del algoritmo AES. Me gustaría señalar una vez más que el algoritmo ganó merecidamente la competencia por un nuevo estándar debido a la gran cantidad de ventajas. Gracias por su atención.