Направо към съдържанието

Advanced Encryption Standard

от Уикипедия, свободната енциклопедия

Advanced Encryption Standard (AES, „Подобрен стандарт за шифриране“) е стандарт за шифриране, приет през 2002 година от американския Национален институт за стандарти и технология. Към 2009 година това е един от най-широко използваните криптографски алгоритми. Стандартът включва приложение на алгоритъма Рейндал, разработен през 1998 година от белгийските криптографи Винсент Реймен и Жоан Дамен, като използва шифроващи ключове с три дължини: 128, 192 или 256 бита.

Дължината на шифриращия ключ определя броя повторения на криптирането, тоест броя трансформации необходими за превръщането на входа, наречен „plaintext“ (просто текст) , в изходния резултат наречен “ciphertext” (шифрован текст). За различните дължини на ключовете повторенията са:

  • 10 цикъла за 128-битов ключ.
  • 12 цикъла за 192-битов ключ.
  • 14 цикъла за 256-битов ключ.

Всеки цикъл се състои от няколко последователни стъпки. Стъпките се изграждат от пет подобни една на друга процедури, като една от тях зависи от криптиращият ключ. Криптираното съдържание може да се трансформира в оригиналния текст, използвайки същият ключ, като се приложат набор от обратни стъпки.

Байтовете на входното съобщение ("plaintext") се записват в матрица, най-често именована "state" ("статус", "положение"). Върху тази матрица се извършват криптиращите трансформациите на алгоритъма.

Криптиращ алгоритъм (128-битова версия)

Криптиране с 128-битов ключ се реализира чрез следният алгоритъм: 

PROCEDURE Cipher128(in[16]:byte, out[16]:byte, w[44]:word)
BEGIN
  state[4,4]:byte
  state = in
  AddRoundKey(state, w[0, 3])
  FOR round = 1 to 10
    SubBytes(state)
    ShiftRows(state)
    MixColumns(state)
    AddRoundKey(state, w[round*4, (round+1)*4-1])
  END FOR
  SubBytes(state)
  ShiftRows(state)
  AddRoundKey(state, w[40, 43])
  out = state
END PROCEDURE

Процедурата Key Expansion

Думите в масива w (key schedule) се генерират по следният начин:
//всяка дума се състои от 4 байта, пример: w[0] = 0f 15 71 c9
Първите четири думи (w[0] до w[3]) взимат стойността на криптиращия ключ. За да се изчисли w[i] се използват операции от Rijndael key schedule:

FOR i = 4 to 43
  temp = w[i-1] 
  IF i = 4, 8, 12, 16, ... , 40 THEN //кратно на 4
    Извършва се операция Rotate върху temp
    Всеки байт се изменя (използвайки процедурата SubBytes) 
    temp=temp XOR Rcon[i] // всеки байт от temp се събира побитово с константна стойност от Rcon  
  END IF
  w[i] = w[i-4] XOR temp 
END FOR

Процедурата SubBytes

При тази процедура, всeки байт от state се изменя по следния начин (Rijndael S-box): 

FOR i=0 to 7 
  //промяна за всеки бит от даден байт на state
  B[i]= B[i] XOR B[(i+4) MOD 8] XOR B[(i+5) MOD 8] XOR B[(i+6) MOD 8] XOR B[(i+7) MOD 8] + C[i] 
  //C = 63 hex. 
END FOR

Процедурата ShiftRows

Тази процедура променя редовете на state матрицата. Най-горният ред остава непроменен, байтовете на следващия се преместват с една позиция наляво, на по-долния с две позиции, а на последния байтовете се изместват с три позиции наляво.

Процедурата MixColumns

Колоните на state матрицата се разбъркват по следния начин:
B[0,c] =2 * B[0,c] XOR 3 * B[1,c] XOR B[2,c] XOR B[3,c]
B[1,c] = B[0,c] XOR 2 * B[1,c] XOR 3 * B[2,c] XOR B[3,c]
B[2,c] = B[0,c] XOR B[1,c] XOR 2 * B[2,c] XOR 3 * B[3,c]
B[3,c] = 3 * B[0,c] XOR B[1,c] XOR B[2,c] XOR 2 * B[3,c]

Процедурата AddRoundKey

Извършва се XOR между четирите колони на state и четири 32-битови думи от key schedule.
B[0,i]=B[0,i] XOR w[k,i]
B[1,i]=B[1,i] XOR w[k+1,i]
B[2,i]=B[2,i] XOR w[k+2,i]
B[3,i]=B[3,i] XOR w[k+3,i]

Декриптиране

Декриптирането представлява извършване на криптиращите операции в обратен ред: 

PROCEDURE InvCipher128 (in[16]:byte,out[16]:byte,w[44]:word)
BEGIN
  state[4,4]:byte
  state = in
  AddRoundKey(state, w[40, 43])
  FOR round = 9 downto 1
    InvShiftRows(state)
    InvSubBytes(state)
    AddRoundKey(state, w[round*3, (round+1)*3-1]) InvMixColumns(state)
  END FOR
  InvShiftRows(state)
  InvSubBytes(state)
  AddRoundKey(state, w[0, 3])
  out = state
END PROCEDURE

Всяка от Inv… функциите отговаря на обърната криптираща функция. Например InvMixColumns ще има следните преобразувания върху state:
B[0,c] = 0x0e * B[0,c] XOR 0x0b * B[1,c] XOR 0x0d * B[2,c] XOR 0x09 * B[3,c]
B[1,c] = 0x09 * B[0,c] XOR 0x0e * B[1,c] XOR 0x0b * B[2,c] XOR 0x0d * B[3,c]
B[2,c] = 0x0d * B[0,c] XOR 0x09 * B[1,c] XOR 0x0e * B[2,c] XOR 0x0b * B[3,c]
B[3,c] = 0x0b * B[0,c] XOR 0x0d * B[1,c] XOR 0x09 * B[2,c] XOR 0x0e * B[3,c]

Примерна реализация на Java Script

/**
 * @source http://people.eku.edu/styere/Encrypt/JS-AES.html#subbytes
 */


// do encrytion
function aes_encrypt(message,crypt_key)
{
   var w = new Array( 44 );// subkey information
   var state = new Array( 16 );// working state
   var round;
   msg=get_value(message,true);
   key=get_value(crypt_key,false);
   // expand the key
   w = key_expand( key );
   state = transpose( msg );
   state = AddRoundKey(state, w, 0);

   for( round=1; round<10; round++ )
   {
      state = SubBytes(state, S_enc);
      state = ShiftRows(state);
      state = MixColumns(state);
      state = AddRoundKey(state, w, round*4*4);
   }
   SubBytes(state, S_enc);
   //accumulate_array( "After SubBytes", state );
   ShiftRows(state);
   //accumulate_array( "After ShiftRows", state );
   AddRoundKey(state, w, 10*4*4);
   //accumulate_array( "Output", state );

   // process output
   AES_output = transpose( state );
   return format_AES_output();
} 

//expand keys
function key_expand( key )
{
   var temp = new Array(4);
   var i, j;
   var w = new Array( 4*11 );

   for( i=0; i<16; i++ )
   {
      w[i] = key[i];
   }
   i = 4;
   while ( i < 44 )
   {
      for( j=0; j<4; j++ )
         temp[j] = w[(i-1)*4+j];
      if ( i % 4 == 0)
      {
         temp = RotWord( temp );
         temp = SubWord( temp );
         temp[0] ^= Rcon( i>>>2 );
      }

      // word = word ^ temp
      for( j=0; j<4; j++ )
         w[i*4+j] = w[(i-4)*4+j] ^ temp[j];
      i++;
   }
   return w;
}
// insert subkey information
function AddRoundKey( state, w, base )
{
   var col;
   for( col=0; col<4; col++ )
   {
      state[I(0,col)] ^= w[base+col*4];
      state[I(1,col)] ^= w[base+col*4+1];
      state[I(2,col)] ^= w[base+col*4+2];
      state[I(3,col)] ^= w[base+col*4+3];
   }
   return state;
}

// do S-Box substitution
function SubBytes(state, Sbox)
{
   var i;
   for( i=0; i<16; i++ )
      state[i] = Sbox[ state[i] ];
   return state;
}
...

Можете да видите целият код тук.

Тестови вектори

В информатиката и инженерството тестовите вектори са набор от въведени данни с цел проверка на системата. Тест векторите са поредица от известни шифри за даден код и ключ. Националния институт за стандарти и технологии разпределя компетенцията на AES тест векторите катоAES Known Answer Test (KAT) Vectors (in ZIP format).

Производителност

Високата скорост и ниските изисквания към RAM-та са критерии за процеса на подбор на AES. По такъв начин AES работи добре на голямо разнообразие от софтуер, от 8 битови смарт карти до високо-производителни компютри. На процесор Pentium Pro, AES криптиране изисква 18 електронни импулса на Централния процесор, което е еквивалентно на производителност на 11 MiB/сек за процесор 200MHz. За сравнение на процесор Pentium M 1.7 GHz производителността му е около 60 MiB/сек. На процесорите Intel Core i3/i5/i7 поддържат AES - NI (AES – New Instructions), с разширен набор от инструкции, чиято производителност може да бъде над 700 MiB/ сек на всяка нишка. Шаблон:Математика-мъниче

  Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата Advanced Encryption Standard в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс – Признание – Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година – от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница, за да видите списъка на съавторите. ​

ВАЖНО: Този шаблон се отнася единствено до авторските права върху съдържанието на статията. Добавянето му не отменя изискването да се посочват конкретни източници на твърденията, които да бъдат благонадеждни.​

Взето от „https://bg.wikipedia.org/w/index.php?title=Advanced_Encryption_Standard&oldid=5845563“.