Розширений стандарт шифрування (AES) — це криптографічний алгоритм, створений Національним інститутом стандартів і технологій США (NIST) у 2001 році. Це симетричний блочний шифр, широко прийнятий у всьому світі для шифрування електронних даних.
Походження та рання історія AES
Початок AES можна віднести до кінця 1990-х років, коли NIST шукав наступника застарілого стандарту шифрування даних (DES). Усвідомлюючи зростаючу потребу в надійному шифруванні, щоб задовольнити вимоги цифрового світу, що зростає, NIST оголосив про заклик до нового стандарту шифрування в 1997 році.
Процес відбору був глобальним конкурсом, відкритим для громадського контролю та коментарів, метою якого було забезпечення прозорості та довіри до нового стандарту. Після ретельного аналізу та широкого криптоаналізу алгоритм, представлений двома бельгійськими криптографами, Вінсентом Райменом і Джоан Демен, відомими як Rijndael, був обраний як новий стандарт у 2001 році.
Поглиблений погляд на AES
AES, як згадувалося раніше, є блоковим шифром із симетричним ключем, що означає, що він використовує той самий ключ як для процесів шифрування, так і для дешифрування. На відміну від свого попередника, DES, який мав фіксований розмір блоку 64 біт і розмір ключа 56 біт, AES пропонує більшу гнучкість щодо розміру блоку та розміру ключа. AES був розроблений для обробки 128-бітних блоків із розміром ключа 128, 192 та 256 біт.
Щоб забезпечити надійну безпеку, AES працює за допомогою серії перетворень, які перетворюють відкритий текст (вхідні дані) у зашифрований текст (зашифровані дані). Ці перетворення включають заміну, перестановку, змішування та додавання ключів, що застосовуються протягом кількох раундів.
Внутрішня робота AES
AES функціонує через заздалегідь визначену кількість циклів, які називаються «раундами». Для 128-бітного ключа є 10 раундів; для 192-бітного ключа 12 раундів; а для 256-бітного ключа – 14 раундів. Кожен раунд включає чотири різні функції трансформації:
- Суббайти – крок підстановки, на якому кожен байт у блоці замінюється на інший відповідно до таблиці пошуку, S-Box.
- ShiftRows – крок транспозиції, де байти в кожному рядку стану циклічно зсуваються.
- MixColumns – операція змішування, яка працює над стовпцями стану, поєднуючи чотири байти в кожному стовпці.
- AddRoundKey – крок, де кожен байт стану поєднується з круглим ключем; кожен круглий ключ виводиться з ключа шифру за допомогою розкладу ключів.
У фінальному раунді етап MixColumns пропускається з технічних причин, пов’язаних із можливим розшифруванням.
Ключові характеристики AES
AES виділяється завдяки своїм унікальним характеристикам:
- Ефективність: AES швидко працює як у програмному, так і в апаратному забезпеченні, що робить його ідеальним для широкого спектру програм.
- Гнучкість: AES підтримує розміри ключів 128, 192 і 256 біт, що відповідає різним ступеням потреб безпеки.
- Безпека: завдяки своєму великому розміру ключа та розміру блоку AES стійкий до всіх відомих практичних атак за правильного впровадження.
- Широке прийняття: AES визнаний у всьому світі та використовується в багатьох протоколах безпеки та системах по всьому світу.
Варіанти AES: різні розміри ключів
AES в основному існує в трьох варіантах, які визначаються довжиною ключа, який використовується в процесі шифрування та дешифрування:
Довжина ключа (біт) | Кількість раундів |
---|---|
128 | 10 |
192 | 12 |
256 | 14 |
Довжина ключа забезпечує різні рівні безпеки, при цьому 256-бітний ключ пропонує найвищий рівень безпеки.
Практичні застосування та проблеми в AES
Завдяки своїй безпеці та ефективності AES знайшов широке застосування в різних сферах, включаючи телекомунікації, банківську справу та електронну комерцію. Він також використовується для захисту бездротових мереж, VPN і секретної інформації до рівня Цілком таємно в уряді США.
Одна з головних проблем, пов’язаних з AES, виникає, коли вона реалізована неправильно або коли керування ключами є неадекватним. Кращі практики криптографії, зокрема безпечне керування ключами та належне генерування випадкових чисел, є важливими для підтримки безпеки, яку забезпечує AES.
Порівняння та характеристики AES проти подібних алгоритмів
Порівнюючи AES з іншими подібними криптоалгоритмами, такими як DES, Triple DES і Blowfish, ми бачимо певні переваги та відмінності:
Алгоритм | Розмір ключа (біт) | Розмір блоку (біт) | Кількість раундів | Примітки |
---|---|---|---|---|
AES | 128/192/256 | 128 | 10/12/14 | Стандартизований і найбільш широко використовуваний |
DES | 56 | 64 | 16 | Вразливий до атак грубої сили |
3DES | 112/168 | 64 | 48/32 | Більш безпечний, ніж DES, але повільніший |
Blowfish | 32-448 | 64 | 16 | Швидкий, але має потенційні проблеми з безпекою через слабкі ключі |
Майбутні перспективи та технології щодо AES
Оскільки обчислювальні можливості продовжують збільшуватися, майбутня криптографія може потребувати передових або нових стандартів шифрування для підтримки безпеки. Однак на даний момент AES залишається захищеним від усіх відомих практичних атак, і навіть квантові обчислення не становлять значної загрози через свою симетричну природу.
Тривають зусилля для посилення AES проти потенційних майбутніх загроз, включаючи більш надійне керування ключами, апаратне шифрування та збільшення довжини ключів. Крім того, NIST розпочав процес розробки квантово-стійких криптографічних алгоритмів, які могли б співіснувати з AES.
AES і проксі-сервери
Проксі-сервери часто використовують AES для захисту даних, що передаються між клієнтом і сервером. Шифруючи дані, що передаються через мережу, AES може забезпечити конфіденційність і захист від прослуховування. Такі компанії, як OneProxy, використовують шифрування AES для збереження конфіденційності та безпеки даних своїх користувачів.
Враховуючи конфіденційний характер інформації, яка часто передається через проксі-сервери, надійні стандарти шифрування, такі як AES, мають вирішальне значення. Для анонімності чи розблокування вмісту використання AES гарантує безпеку даних користувачів.
Пов'язані посилання
Для отримання додаткової інформації про AES, такі ресурси можуть бути корисними: