استاندارد رمزگذاری پیشرفته (AES) یک الگوریتم رمزنگاری است که توسط مؤسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده (NIST) در سال 2001 ایجاد شد. این یک رمز بلوک کلید متقارن است که به طور گسترده در سراسر جهان برای رمزگذاری داده های الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفته است.
ریشه ها و تاریخچه اولیه AES
پیدایش AES را می توان به اواخر دهه 1990 ردیابی کرد، زمانی که NIST به دنبال جانشینی برای استاندارد رمزگذاری داده قدیمی (DES) بود. با درک نیاز روزافزون به رمزگذاری قوی برای پاسخگویی به نیازهای دنیای دیجیتال که به طور فزاینده ای متصل می شود، NIST فراخوانی را برای یک استاندارد رمزگذاری جدید در سال 1997 اعلام کرد.
فرآیند انتخاب یک رقابت جهانی بود که برای بررسی و نظر عمومی باز بود و هدف آن تضمین شفافیت و اعتماد به استاندارد جدید بود. پس از تجزیه و تحلیل کامل و تحلیل رمزنگاری گسترده، الگوریتمی که توسط دو رمزنگار بلژیکی به نام‌های وینسنت ریمن و جوآن دیمن معروف به ریجندیل ارائه شده بود، در سال 2001 به عنوان استاندارد جدید انتخاب شد.
نگاهی عمیق به AES
همانطور که قبلاً ذکر شد AES یک رمز بلوک کلید متقارن است که به این معنی است که از یک کلید برای هر دو فرآیند رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می کند. برخلاف مدل قبلی خود، DES، که اندازه بلوک ثابت 64 بیت و اندازه کلید 56 بیت داشت، AES با اندازه بلوک و اندازه کلید انعطاف پذیری بیشتری ارائه می دهد. AES برای مدیریت بلوک های 128 بیتی با اندازه های کلیدی 128، 192 و 256 بیت طراحی شده است.
برای ارائه امنیت قوی، AES از طریق یک سری تحولات عمل می کند که متن ساده (داده های ورودی) را به متن رمزی (داده های رمزگذاری شده) تبدیل می کند. این تبدیل ها شامل جایگزینی، جایگشت، اختلاط و افزودن کلید است که در چندین دور اعمال می شود.
کارهای درونی AES
AES از طریق تعداد از پیش تعیین شده چرخه به نام "گرد" عمل می کند. برای یک کلید 128 بیتی، 10 دور وجود دارد. برای یک کلید 192 بیتی، 12 دور. و برای یک کلید 256 بیتی، 14 دور. هر دور شامل چهار تابع تبدیل متمایز است:
- ساب بایت ها - یک مرحله جایگزینی که در آن هر بایت در بلوک با دیگری مطابق جدول جستجو، S-Box جایگزین می شود.
- ShiftRows - یک مرحله جابجایی که در آن بایت ها در هر ردیف از حالت به صورت چرخه ای جابجا می شوند.
- MixColumns - عملیات اختلاط که بر روی ستون های حالت عمل می کند و چهار بایت را در هر ستون ترکیب می کند.
- AddRoundKey – مرحله ای که در آن هر بایت حالت با کلید گرد ترکیب می شود. هر کلید گرد از کلید رمز و با استفاده از یک برنامه کلیدی مشتق شده است.
دور نهایی مرحله MixColumns را به دلایل فنی مربوط به امکان‌پذیر کردن رمزگشایی حذف می‌کند.
ویژگی های کلیدی AES
AES به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود متمایز است:
- بهره وری: AES هم در نرم افزار و هم در سخت افزار به سرعت عمل می کند و برای طیف وسیعی از برنامه ها ایده آل است.
- انعطاف پذیری: AES از اندازه های کلیدی 128، 192 و 256 بیتی پشتیبانی می کند و درجات مختلفی از نیازهای امنیتی را برآورده می کند.
- امنیت: به دلیل اندازه کلید و اندازه بلوک بالا، AES در صورت اجرای صحیح در برابر تمام حملات عملی شناخته شده مقاوم است.
- پذیرش گسترده: AES در سطح جهانی شناخته شده و در پروتکل ها و سیستم های امنیتی متعددی در سراسر جهان استفاده می شود.
انواع AES: اندازه های مختلف کلید
AES اساساً در سه نوع وجود دارد که توسط طول کلید مورد استفاده در فرآیند رمزگذاری و رمزگشایی تعیین می شود:
| طول کلید (بیت) | تعداد دور |
|---|---|
| 128 | 10 |
| 192 | 12 |
| 256 | 14 |
طول کلید سطوح مختلفی از امنیت را فراهم می کند و کلید 256 بیتی بالاترین سطح امنیت را ارائه می دهد.
کاربردها و مسائل عملی در AES
AES به دلیل امنیت و کارایی خود کاربردهای گسترده ای در زمینه های مختلف از جمله مخابرات، بانکداری و تجارت الکترونیک پیدا کرده است. همچنین در ایمن سازی شبکه های بی سیم، VPN ها و اطلاعات طبقه بندی شده تا سطح فوق سری در داخل دولت ایالات متحده استفاده می شود.
یکی از مشکلات اصلی مربوط به AES زمانی به وجود می آید که به درستی اجرا نشود یا مدیریت کلید ناکافی باشد. بهترین شیوه های رمزنگاری، از جمله مدیریت کلید ایمن و تولید اعداد تصادفی مناسب، برای حفظ امنیت ارائه شده توسط AES ضروری است.
مقایسه و ویژگی های AES در مقابل الگوریتم های مشابه
با مقایسه AES با سایر الگوریتم‌های رمزنگاری مشابه مانند DES، Triple DES و Blowfish، مزایا و تفاوت‌های خاصی را مشاهده می‌کنیم:
| الگوریتم | اندازه کلید (بیت) | اندازه بلوک (بیت) | تعداد دور | یادداشت |
|---|---|---|---|---|
| AES | 128/192/256 | 128 | 10/12/14 | استاندارد و پرکاربردترین |
| DES | 56 | 64 | 16 | در برابر حملات brute-force آسیب پذیر است |
| 3DES | 112/168 | 64 | 48/32 | امن تر از DES، اما کندتر |
| ماهی بادکنکی | 32-448 | 64 | 16 | سریع، اما دارای مشکلات امنیتی بالقوه با کلیدهای ضعیف است |
چشم اندازها و فن آوری های آینده در مورد AES
با ادامه افزایش قابلیت های محاسباتی، رمزنگاری آینده ممکن است به استانداردهای رمزگذاری پیشرفته یا جدید برای حفظ امنیت نیاز داشته باشد. با این حال، از هم اکنون، AES در برابر تمام حملات عملی شناخته شده ایمن باقی می ماند و حتی محاسبات کوانتومی به دلیل ماهیت متقارن آن، تهدید قابل توجهی ایجاد نمی کند.
تلاش‌های مداومی برای تقویت AES در برابر تهدیدات احتمالی آینده، از جمله مدیریت قوی‌تر کلید، رمزگذاری مبتنی بر سخت‌افزار، و افزایش طول کلید وجود دارد. علاوه بر این، NIST فرآیندی را برای توسعه الگوریتم‌های رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتومی آغاز کرده است که می‌تواند با AES وجود داشته باشد.
AES و سرورهای پروکسی
سرورهای پروکسی اغلب از AES برای ایمن سازی داده ها در حال انتقال بین مشتری و سرور استفاده می کنند. با رمزگذاری داده های ارسال شده از طریق یک شبکه، AES می تواند محرمانه بودن و محافظت در برابر استراق سمع را تضمین کند. شرکت هایی مانند OneProxy از رمزگذاری AES برای حفظ حریم خصوصی و امنیت داده های کاربران خود استفاده می کنند.
با توجه به ماهیت حساس اطلاعاتی که اغلب از طریق سرورهای پراکسی منتقل می شوند، استانداردهای رمزگذاری قوی مانند AES بسیار مهم هستند. چه برای ناشناس ماندن و چه برای رفع انسداد محتوا، استفاده از AES تضمین می کند که داده های کاربر ایمن باقی می مانند.
لینک های مربوطه
برای اطلاعات بیشتر در مورد AES، منابع زیر می تواند مفید باشد:
