AES (Advanced Encryption Standard) は、2001 年に米国国立標準技術研究所 (NIST) によって確立された暗号化アルゴリズムです。これは、電子データの暗号化において世界中で広く採用されている対称キー ブロック暗号です。
AES の起源と初期の歴史
AES の始まりは、NIST が老朽化したデータ暗号化標準 (DES) の後継を探していた 1990 年代後半にまで遡ります。ますます接続性が増すデジタル世界の需要を満たすために堅牢な暗号化の必要性が高まっていることを認識し、NIST は 1997 年に新しい暗号化標準の策定を呼びかけました。
選定プロセスは、新しい標準の透明性と信頼性を確保することを目的とした、一般の精査と意見に開かれた世界規模の競争でした。徹底的な分析と広範な暗号解読の後、2 人のベルギーの暗号学者、ヴィンセント・ライメンとジョアン・デーメン (通称ラインダール) が提出したアルゴリズムが 2001 年に新しい標準として選定されました。
AES の詳細な説明
前述のように、AES は対称キー ブロック暗号であり、暗号化プロセスと復号化プロセスの両方に同じキーを使用します。ブロック サイズが 64 ビットでキー サイズが 56 ビットの固定であった前身の DES とは異なり、AES はブロック サイズとキー サイズに関してより柔軟性があります。AES は、128 ビット ブロックと 128 ビット、192 ビット、および 256 ビットのキー サイズを処理するように設計されています。
強力なセキュリティを提供するために、AES は、プレーンテキスト (入力データ) を暗号文 (暗号化されたデータ) に変換する一連の変換を介して動作します。これらの変換には、置換、順列、混合、およびキーの追加が複数ラウンドにわたって適用されます。
AES の内部構造
AES は、「ラウンド」と呼ばれる所定のサイクル数で機能します。128 ビット キーの場合は 10 ラウンド、192 ビット キーの場合は 12 ラウンド、256 ビット キーの場合は 14 ラウンドです。各ラウンドには、次の 4 つの異なる変換関数が含まれます。
- サブバイト – ブロック内の各バイトをルックアップ テーブル (S-Box) に従って別のバイトに置き換える置換ステップ。
- シフト行 – 状態の各行のバイトが周期的にシフトされる転置ステップ。
- ミックスコラム – 状態の列に対して操作を行い、各列の 4 バイトを結合する混合操作。
- ラウンドキーの追加 – 状態の各バイトがラウンド キーと結合されるステップ。各ラウンド キーは、キー スケジュールを使用して暗号キーから導出されます。
最終ラウンドでは、復号化を可能にする技術的な理由により、MixColumns ステップが省略されます。
AESの主な特徴
AES は次のような独自の特徴を備えています:
- 効率AES はソフトウェアとハードウェアの両方で高速に動作するため、幅広いアプリケーションに最適です。
- 柔軟性AES は 128 ビット、192 ビット、256 ビットのキー サイズをサポートし、さまざまなレベルのセキュリティ ニーズに対応します。
- 安全: AES はキー サイズとブロック サイズが大きいため、正しく実装されていれば、既知のあらゆる実際の攻撃に対して耐性があります。
- 幅広い採用AES は世界的に認知されており、世界中の数多くのセキュリティ プロトコルやシステムで使用されています。
AES バリアント: 異なるキー サイズ
AES には主に 3 つの種類があり、暗号化および復号化プロセスで使用されるキーの長さによって決まります。
| キーの長さ（ビット） | ラウンド数 |
|---|---|
| 128 | 10 |
| 192 | 12 |
| 256 | 14 |
キーの長さによってセキュリティ レベルが異なり、256 ビットのキーでは最高レベルのセキュリティが提供されます。
AES の実用的応用と問題点
AES は、その安全性と効率性により、電気通信、銀行、電子商取引など、さまざまな分野で幅広く利用されています。また、ワイヤレス ネットワーク、VPN、米国政府内の最高機密レベルまでの機密情報の保護にも使用されています。
AES に関連する主な問題の 1 つは、AES が不適切に実装されている場合、またはキー管理が不十分な場合に発生します。安全なキー管理や適切な乱数生成などの暗号化のベスト プラクティスは、AES が提供するセキュリティを維持するために不可欠です。
AES と類似アルゴリズムの比較と特徴
AES を DES、Triple DES、Blowfish などの他の同様の暗号化アルゴリズムと比較すると、次のような利点と違いが見られます。
| アルゴリズム | キーサイズ（ビット） | ブロックサイズ（ビット） | ラウンド数 | ノート |
|---|---|---|---|---|
| AES | 128/192/256 | 128 | 10/12/14 | 標準化され、最も広く使用されている |
| DES | 56 | 64 | 16 | ブルートフォース攻撃に対して脆弱 |
| 3DES | 112/168 | 64 | 48/32 | DES よりも安全ですが、速度が遅い |
| ふぐ | 32-448 | 64 | 16 | 高速だが、弱いキーによる潜在的なセキュリティ上の問題がある |
AESに関する将来展望と技術
計算能力が増大し続けるにつれて、将来の暗号化ではセキュリティを維持するために高度な、または新しい暗号化標準が必要になる可能性があります。ただし、現時点では、AES は既知のすべての実際の攻撃に対して安全であり、量子コンピューティングでさえその対称性により大きな脅威にはなりません。
より堅牢なキー管理、ハードウェアベースの暗号化、キーの長さの延長など、将来の潜在的な脅威に対して AES を強化するための取り組みが進行中です。さらに、NIST は AES と共存できる量子耐性暗号化アルゴリズムの開発プロセスを開始しました。
AES とプロキシ サーバー
プロキシ サーバーは、クライアントとサーバー間の転送中のデータを保護するために、多くの場合 AES を使用します。ネットワーク経由で送信されるデータを暗号化することで、AES は機密性を確保し、盗聴から保護します。OneProxy などの企業は、ユーザーのデータのプライバシーとセキュリティを維持するために AES 暗号化を使用しています。
プロキシ サーバーを介して送信される情報は機密性が高いため、AES のような強力な暗号化標準が不可欠です。匿名性のためであれ、コンテンツのブロック解除のためであれ、AES を使用するとユーザー データが安全に保たれます。
関連リンク
AES の詳細については、次のリソースが役立ちます。
