Advanced Encryption Standard (AES) เป็นอัลกอริธึมการเข้ารหัสที่ก่อตั้งโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NIST) ในปี 2544 เป็นรหัสบล็อกคีย์แบบสมมาตรที่นำมาใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลกในการเข้ารหัสข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์
ต้นกำเนิดและประวัติศาสตร์ยุคแรกของ AES
การเริ่มต้นของ AES สามารถย้อนกลับไปในช่วงปลายทศวรรษ 1990 เมื่อ NIST แสวงหาผู้สืบทอดจาก Data Encryption Standard (DES) ที่ล้าสมัย ด้วยตระหนักถึงความต้องการการเข้ารหัสที่แข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของโลกดิจิทัลที่เชื่อมต่อกันมากขึ้น NIST จึงประกาศเรียกร้องให้มีมาตรฐานการเข้ารหัสใหม่ในปี 1997
กระบวนการคัดเลือกเป็นการแข่งขันระดับโลกที่เปิดให้สาธารณชนได้รับการตรวจสอบและแสดงความคิดเห็น โดยมีเป้าหมายเพื่อให้เกิดความโปร่งใสและไว้วางใจในมาตรฐานใหม่ หลังจากการวิเคราะห์อย่างละเอียดและการวิเคราะห์การเข้ารหัสอย่างกว้างขวาง อัลกอริธึมที่ส่งมาโดยนักเข้ารหัสลับชาวเบลเยียมสองคน ได้แก่ Vincent Rijmen และ Joan Daemen หรือที่รู้จักกันในชื่อ Rijndael ได้รับเลือกให้เป็นมาตรฐานใหม่ในปี 2544
เจาะลึก AES
AES ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เป็นรหัสบล็อกคีย์แบบสมมาตร ซึ่งหมายความว่าจะใช้คีย์เดียวกันสำหรับทั้งกระบวนการเข้ารหัสและถอดรหัส ต่างจากรุ่นก่อน DES ซึ่งมีขนาดบล็อกคงที่ 64 บิตและขนาดคีย์ 56 บิต AES มอบความยืดหยุ่นมากขึ้นด้วยขนาดบล็อกและขนาดคีย์ AES ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการกับบล็อก 128 บิตที่มีขนาดคีย์ 128, 192 และ 256 บิต
เพื่อมอบความปลอดภัยที่แข็งแกร่ง AES ดำเนินการผ่านชุดการแปลงที่แปลงข้อความธรรมดา (ข้อมูลอินพุต) ให้เป็นไซเฟอร์เท็กซ์ (ข้อมูลที่เข้ารหัส) การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้รวมถึงการทดแทน การเรียงสับเปลี่ยน การผสม และการเพิ่มคีย์ ซึ่งนำไปใช้กับหลายรอบ
การทำงานภายในของ AES
AES ทำงานผ่านจำนวนรอบที่กำหนดไว้ล่วงหน้าที่เรียกว่า 'รอบ' สำหรับคีย์ 128 บิต จะมี 10 รอบ; สำหรับคีย์ 192 บิต 12 รอบ และสำหรับคีย์ 256 บิต 14 รอบ แต่ละรอบจะมีฟังก์ชันการแปลงที่แตกต่างกันสี่ฟังก์ชัน:
- ไบต์ย่อย – ขั้นตอนการทดแทนโดยที่แต่ละไบต์ในบล็อกจะถูกแทนที่ด้วยไบต์อื่นตามตารางการค้นหา นั่นคือ S-Box
- ShiftRows – ขั้นตอนการขนย้ายโดยที่ไบต์ในแต่ละแถวของสถานะถูกเลื่อนแบบวน
- MixColumns – การดำเนินการผสมซึ่งดำเนินการกับคอลัมน์ของรัฐ โดยรวมสี่ไบต์ในแต่ละคอลัมน์
- เพิ่ม RoundKey – ขั้นตอนที่แต่ละไบต์ของสถานะถูกรวมเข้ากับคีย์กลม แต่ละคีย์แบบกลมได้มาจากคีย์ตัวเลขโดยใช้กำหนดการคีย์
รอบสุดท้ายจะละเว้นขั้นตอน MixColumns ด้วยเหตุผลทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการทำให้การถอดรหัสเป็นไปได้
คุณสมบัติที่สำคัญของ AES
AES โดดเด่นด้วยคุณลักษณะเฉพาะ:
- ประสิทธิภาพ: AES ทำงานได้อย่างรวดเร็วทั้งในด้านซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
- ความยืดหยุ่น: AES รองรับขนาดคีย์ 128, 192 และ 256 บิต ซึ่งรองรับความต้องการด้านความปลอดภัยในระดับที่แตกต่างกัน
- ความปลอดภัย: เนื่องจากขนาดคีย์และขนาดบล็อกที่สูง AES จึงสามารถต้านทานการโจมตีในทางปฏิบัติที่ทราบทั้งหมดได้เมื่อใช้งานอย่างถูกต้อง
- การยอมรับอย่างกว้างขวาง: AES ได้รับการยอมรับทั่วโลกและใช้ในโปรโตคอลและระบบรักษาความปลอดภัยจำนวนมากทั่วโลก
ตัวแปร AES: ขนาดคีย์ที่แตกต่างกัน
AES มีอยู่สามรูปแบบเป็นหลัก ซึ่งกำหนดโดยความยาวของคีย์ที่ใช้ในกระบวนการเข้ารหัสและถอดรหัส:
| ความยาวคีย์ (บิต) | จำนวนรอบ |
|---|---|
| 128 | 10 |
| 192 | 12 |
| 256 | 14 |
ความยาวของคีย์ให้ระดับความปลอดภัยที่แตกต่างกัน โดยคีย์ 256 บิตให้ระดับความปลอดภัยสูงสุด
การใช้งานจริงและประเด็นปัญหาใน AES
AES พบแอปพลิเคชันที่หลากหลายในสาขาต่างๆ รวมถึงโทรคมนาคม การธนาคาร และการพาณิชย์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากความปลอดภัยและประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังใช้ในการรักษาความปลอดภัยเครือข่ายไร้สาย VPN และข้อมูลลับจนถึงระดับความลับสุดยอดภายในรัฐบาลสหรัฐฯ
ปัญหาหลักประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับ AES เกิดขึ้นเมื่อมีการใช้งานอย่างไม่เหมาะสมหรือเมื่อการจัดการหลักไม่เพียงพอ แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการเข้ารหัส รวมถึงการจัดการคีย์ที่ปลอดภัยและการสร้างตัวเลขสุ่มที่เหมาะสม ถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาความปลอดภัยที่ AES มอบให้
การเปรียบเทียบและลักษณะของ AES กับอัลกอริทึมที่คล้ายกัน
เมื่อเปรียบเทียบ AES กับอัลกอริธึมการเข้ารหัสอื่นๆ ที่คล้ายกัน เช่น DES, Triple DES และ Blowfish เราจะเห็นข้อดีและความแตกต่างบางประการ:
| อัลกอริทึม | ขนาดคีย์ (บิต) | ขนาดบล็อก (บิต) | จำนวนรอบ | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|---|
| เออีเอส | 128/192/256 | 128 | 10/12/14 | ได้มาตรฐานและใช้กันอย่างแพร่หลาย |
| ดีเอส | 56 | 64 | 16 | อ่อนแอต่อการโจมตีแบบดุร้าย |
| 3DES | 112/168 | 64 | 48/32 | ปลอดภัยกว่า DES แต่ช้ากว่า |
| ปักเป้า | 32-448 | 64 | 16 | รวดเร็ว แต่มีปัญหาด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นกับคีย์ที่อ่อนแอ |
มุมมองในอนาคตและเทคโนโลยีเกี่ยวกับ AES
เนื่องจากความสามารถในการคำนวณเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การเข้ารหัสในอนาคตอาจต้องใช้มาตรฐานการเข้ารหัสขั้นสูงหรือใหม่เพื่อรักษาความปลอดภัย อย่างไรก็ตาม ณ ขณะนี้ AES ยังคงปลอดภัยจากการโจมตีในทางปฏิบัติทั้งหมด และแม้แต่การประมวลผลควอนตัมก็ไม่ก่อให้เกิดภัยคุกคามที่สำคัญเนื่องจากมีลักษณะสมมาตร
มีความพยายามอย่างต่อเนื่องในการเสริมความแข็งแกร่งให้กับ AES ต่อภัยคุกคามที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต รวมถึงการจัดการคีย์ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น การเข้ารหัสด้วยฮาร์ดแวร์ และความยาวของคีย์ที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ NIST ยังได้ริเริ่มกระบวนการพัฒนาอัลกอริธึมการเข้ารหัสแบบต้านทานควอนตัม ซึ่งอาจอยู่ร่วมกับ AES ได้
AES และพร็อกซีเซิร์ฟเวอร์
พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์มักใช้ AES เพื่อรักษาความปลอดภัยข้อมูลระหว่างไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์ ด้วยการเข้ารหัสข้อมูลที่ส่งผ่านเครือข่าย AES สามารถรับประกันการรักษาความลับและป้องกันการดักฟังได้ บริษัทอย่าง OneProxy ใช้การเข้ารหัส AES เพื่อรักษาความเป็นส่วนตัวและความปลอดภัยของข้อมูลผู้ใช้
เมื่อพิจารณาถึงลักษณะที่ละเอียดอ่อนของข้อมูลที่มักส่งผ่านพร็อกซีเซิร์ฟเวอร์ มาตรฐานการเข้ารหัสที่แข็งแกร่ง เช่น AES จึงมีความสำคัญ ไม่ว่าจะเพื่อการไม่เปิดเผยตัวตนหรือการปลดบล็อกเนื้อหา การใช้ AES ช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลผู้ใช้ยังคงปลอดภัย
ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ AES แหล่งข้อมูลต่อไปนี้จะมีประโยชน์:
