Advanced Encryption Standard (AES) to algorytm kryptograficzny ustanowiony przez Narodowy Instytut Standardów i Technologii Stanów Zjednoczonych (NIST) w 2001 roku. Jest to szyfr z symetrycznymi blokami kluczy, powszechnie stosowany na całym świecie w szyfrowaniu danych elektronicznych.
Początki i wczesna historia AES
Początki AES sięgają końca lat 90. XX wieku, kiedy NIST poszukiwał następcy starzejącego się standardu szyfrowania danych (DES). Dostrzegając rosnące zapotrzebowanie na niezawodne szyfrowanie, aby sprostać wymaganiom coraz bardziej połączonego świata cyfrowego, NIST ogłosił w 1997 r. wezwanie do wprowadzenia nowego standardu szyfrowania.
Proces selekcji miał charakter ogólnoświatowego konkursu otwartego na publiczną kontrolę i uwagi, a jego celem było zapewnienie przejrzystości i zaufania do nowego standardu. Po dokładnej analizie i obszernej kryptoanalizie algorytm przedstawiony przez dwóch belgijskich kryptografów, Vincenta Rijmena i Joan Daemen – znanych jako Rijndael – został wybrany jako nowy standard w 2001 roku.
Dogłębne spojrzenie na AES
Jak wspomniano wcześniej, AES jest szyfrem symetrycznym z blokami kluczy, co oznacza, że używa tego samego klucza zarówno w procesie szyfrowania, jak i deszyfrowania. W przeciwieństwie do swojego poprzednika, DES, który miał stały rozmiar bloku wynoszący 64 bity i rozmiar klucza 56 bitów, AES oferuje większą elastyczność w zakresie rozmiaru bloku i rozmiaru klucza. AES został zaprojektowany do obsługi 128-bitowych bloków z kluczami o rozmiarach 128, 192 i 256 bitów.
Aby zapewnić solidne bezpieczeństwo, AES działa poprzez serię transformacji, które konwertują zwykły tekst (dane wejściowe) na tekst zaszyfrowany (dane zaszyfrowane). Transformacje te obejmują podstawienie, permutację, mieszanie i dodawanie klucza, stosowane w wielu rundach.
Wewnętrzne działanie AES
AES działa przez określoną liczbę cykli zwanych „rundami”. W przypadku klucza 128-bitowego jest 10 rund; dla klucza 192-bitowego 12 rund; a dla klucza 256-bitowego 14 rund. Każda runda obejmuje cztery różne funkcje transformacji:
- Podbajty – etap podstawienia, w którym każdy bajt w bloku jest zastępowany innym bajtem zgodnie z tablicą przeglądową, S-Box.
- ShiftRows – krok transpozycji, w którym bajty w każdym wierszu stanu są przesuwane cyklicznie.
- Mieszaj kolumny – operacja mieszania działająca na kolumnach stanu, łącząca cztery bajty w każdej kolumnie.
- Dodaj klucz okrągły – krok, w którym każdy bajt stanu jest łączony z okrągłym klawiszem; każdy okrągły klucz jest wyprowadzany z klucza szyfrującego przy użyciu harmonogramu kluczy.
W ostatniej rundzie krok MixColumns jest pomijany ze względów technicznych związanych z umożliwieniem odszyfrowania.
Kluczowe cechy AES
AES wyróżnia się swoimi unikalnymi cechami:
- Efektywność: AES działa szybko zarówno pod względem oprogramowania, jak i sprzętu, dzięki czemu idealnie nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań.
- Elastyczność: AES obsługuje klucze o długości 128, 192 i 256 bitów, spełniając różne wymagania dotyczące bezpieczeństwa.
- Bezpieczeństwo: Ze względu na duży rozmiar klucza i rozmiar bloku, AES jest odporny na wszystkie znane praktyczne ataki, jeśli jest prawidłowo zaimplementowany.
- Powszechne przyjęcie: AES jest rozpoznawany na całym świecie i używany w wielu protokołach i systemach bezpieczeństwa na całym świecie.
Warianty AES: różne rozmiary kluczy
AES występuje głównie w trzech wariantach, podyktowanych długością klucza używanego w procesie szyfrowania i deszyfrowania:
| Długość klucza (bity) | Liczba rund |
|---|---|
| 128 | 10 |
| 192 | 12 |
| 256 | 14 |
Długość klucza zapewnia różne poziomy bezpieczeństwa, przy czym klucz 256-bitowy zapewnia najwyższy poziom bezpieczeństwa.
Praktyczne zastosowania i problemy w AES
AES znalazł szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym w telekomunikacji, bankowości i handlu elektronicznym, ze względu na swoje bezpieczeństwo i wydajność. Jest również używany do zabezpieczania sieci bezprzewodowych, VPN i informacji niejawnych do poziomu ściśle tajnego w rządzie USA.
Jeden z głównych problemów związanych z AES pojawia się, gdy jest on nieprawidłowo wdrożony lub gdy kluczowe kierownictwo jest nieodpowiednie. Najlepsze praktyki kryptograficzne, w tym bezpieczne zarządzanie kluczami i prawidłowe generowanie liczb losowych, są niezbędne do utrzymania bezpieczeństwa zapewnianego przez AES.
Porównania i charakterystyka AES w porównaniu z podobnymi algorytmami
Porównując AES z innymi podobnymi algorytmami kryptograficznymi, takimi jak DES, Triple DES i Blowfish, widzimy pewne zalety i różnice:
| Algorytm | Rozmiar klucza (bity) | Rozmiar bloku (bity) | Liczba rund | Notatki |
|---|---|---|---|---|
| AES | 128/192/256 | 128 | 10/12/14 | Standaryzowane i najczęściej stosowane |
| DES | 56 | 64 | 16 | Podatny na ataki typu brute-force |
| 3DES | 112/168 | 64 | 48/32 | Bezpieczniejszy niż DES, ale wolniejszy |
| Rozdymka | 32-448 | 64 | 16 | Szybki, ale ma potencjalne problemy z bezpieczeństwem w przypadku słabych kluczy |
Przyszłe perspektywy i technologie dotyczące AES
Ponieważ możliwości obliczeniowe stale rosną, przyszła kryptografia może wymagać zaawansowanych lub nowatorskich standardów szyfrowania w celu utrzymania bezpieczeństwa. Jednak na chwilę obecną AES pozostaje zabezpieczony przed wszystkimi znanymi praktycznymi atakami i nawet obliczenia kwantowe nie stanowią większego zagrożenia ze względu na swoją symetryczną naturę.
Trwają wysiłki mające na celu wzmocnienie AES przed potencjalnymi przyszłymi zagrożeniami, w tym bardziej niezawodne zarządzanie kluczami, szyfrowanie sprzętowe i zwiększone długości kluczy. Co więcej, NIST zainicjował proces opracowania algorytmów kryptograficznych odpornych na kwanty, które mogłyby współistnieć z AES.
Serwery AES i proxy
Serwery proxy często wykorzystują AES do zabezpieczania danych przesyłanych między klientem a serwerem. Szyfrując dane przesyłane siecią, AES może zapewnić poufność i ochronę przed podsłuchem. Firmy takie jak OneProxy używają szyfrowania AES, aby zachować prywatność i bezpieczeństwo danych swoich użytkowników.
Biorąc pod uwagę wrażliwy charakter informacji często przesyłanych przez serwery proxy, kluczowe znaczenie mają solidne standardy szyfrowania, takie jak AES. Niezależnie od tego, czy chodzi o anonimowość, czy o odblokowanie treści, zastosowanie AES zapewnia bezpieczeństwo danych użytkownika.
powiązane linki
Aby uzyskać więcej informacji na temat AES, pomocne mogą być następujące zasoby:
