33636

Advanced Encryption Standard (AES) - Алгоритм Rijndael

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

dvnced Encryption Stndrd ES Алгоритм Rijndel Инициатива в разработке ES принадлежит национальному институту стандартов США NIST. Основная цель состояла в создании федерального стандарта США который бы описывал алгоритм шифрования используемый для защиты информации как в государственном так и в частном секторе. В результате длительного процесса оценки был выбрал алгоритм Rijndel в качестве алгоритма в стандарте ES. Алгоритм Rijndel представляет собой симметричный алгоритм блочного шифрования с переменной длиной блока и переменной...

Русский

2013-09-06

317.5 KB

169 чел.

55. Advanced Encryption Standard (AES) - Алгоритм Rijndael

Инициатива в разработке AES принадлежит национальному институту стандартов США - NIST. Основная цель состояла в создании федерального стандарта США, который бы описывал алгоритм шифрования, используемый для защиты информации как в государственном, так и в частном секторе. В результате длительного процесса оценки был выбрал алгоритм Rijndael в качестве алгоритма в стандарте AES.

Алгоритм Rijndael представляет собой симметричный алгоритм блочного шифрования с переменной длиной блока и переменной длиной ключа. Длина блока и длина ключа могут быть независимо установлены в 128, 192 или 256 бит. Алгоритм использует линейно-подстановочные преобразования и состоит из 10, 12 или 14 раундов в зависимости от длины ключа. Блок данных, обрабатываемый с использованием алгоритма Rijndael, делится на массивы байтов, и каждая операция шифрования является байт-ориентированной.

Преобразование раунда алгоритма Rijndael не имеет структуру сети Фейстеля, а использует структуру типа SP-сеть (Substitution-Permutation network, подстановочно-перестановочная сеть) — разновидность блочного шифра, предложенная в 1971 году Хорстом Фейстелем. Ппреобразование каждого раунда состоит из четырех различных преобразований, называемых слоями. Каждый слой разрабатывался с учетом противодействия линейному и дифференциальному криптоанализу. В основу каждого слоя положена своя собственная функция.

Алгоритм Rijndael очень хорошо выполняется как в программной, так и в аппаратной реализации в широком диапазоне окружений, имеет небольшие требования к памяти, что делает его пригодным для окружений с ограниченными ресурсами. В этом случае он также демонстрирует отличное выполнение.

Алгоритм Rijndael может применяться в качестве алгоритма МАС. Для этого следует использовать блочный алгоритм в режиме СВС-МАС. Также существует много способов, с помощью которых алгоритм Rijndael можно использовать в качестве генератора псевдослучайных чисел.

Advanced Encryption Standard (AES), также известный как Rijndael – симметричный алгоритм блочного шифрования (размер блока 128 бит, ключ 128 бит), принятый в качестве стандарта шифрования правительством США по результатам конкурса AES.

Алгоритм представляет каждый блок кодируемых данных в виде двумерного массива байт размером 4х4 в зависимости от установленной длины блока. Далее на соответствующих этапах производятся преобразования либо над независимыми столбцами, либо над независимыми строками, либо вообще над отдельными байтами в таблице.

Алгоритм AES имеет следующую структуру:

В начале шифрования input (входной блок данных) копируется в массив State по определенному правилу (формула 1.1) для    и  , где  – число столбцов (32-х битных слов), составляющих State. Для AES  .

                                                         (1.1)

После этого к State применяется процедура AddRoundKey() и затем State проходит через процедуры трансформации (раунды). В итоге, после завершения последнего раунда трансформации, State копируется в output (выходной блок данных) по правилу (формула 1.2) для    и  .

                                                                                             (1.2)

Алгоритм состоит из некоторого количества раундов (для стандарта AES – 10 раундов), в которых последовательно выполняются следующие операции:

  1.  SubBytes – табличная подстановка (рис.5) – процедура, обрабатывающая каждый байт состояния, независимо производя нелинейную замену байтов, используя таблицу замен (S-box – нелинейная таблица замен, использующаяся в нескольких трансформациях замены байт). Такая операция обеспечивает нелинейность алгоритма шифрования. Таким образом, каждый байт в State заменяется соответствующим элементом в фиксированной 8-битной таблице поиска S.


Рис. 5 – Выполнение процедуры SubByte
s

  1.  ShiftRows – сдвиг строк в двумерном массиве на различные смещения (рис.6). При этой трансформации строки состояния циклически сдвигаются на  байт по горизонтали, в зависимости от номера строки. Для нулевой строки , для первой строки  и т.д. Таким образом, каждая колонка выходного состояния после применения процедуры ShiftRows состоит из байтов из каждой колонки начального состояния.


Рис. 6 – Выполнение процедуры ShiftRow
s

  1.  MixColumns – математическое преобразование, перемешивающее данные внутри столбца (рис.7). Четыре байта каждой колонки State смешиваются, используя для этого обратимую линейную трансформацию.


Рис. 7 – Выполнение процедуры MixColumn
s

  1.  AddRoundKey – добавление материала ключа операцией XOR (рис.8). RoundKey (ключ, генерируемый с помощью секретного ключа – CipherKey) каждого раунда объединяется со State. Для каждого раунда RoundKey  получается из CipherKey, используя процедуру KeyExpansion (каждый RoundKey такого же размера, что и State). Процедура производит побитовый XOR каждого байта State с каждым байтом RoundKey.

Рис. 8 – Выполнение процедуры AddRoundKey

В последнем раунде операция перемешивания столбцов отсутствует, что делает всю последовательность операций симметричной.

Так как алгоритм симметричный, при расшифровании производятся преобразования, обратные тем, что производятся при шифровании.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83521. Види міжнародних спорів 35.18 KB
  Для міжнародного права істотним є розмежування спорів міжнародних та спорів що не мають такого характеру. У першому випадку Рада Безпеки ООН на підставі Розділу VII Статуту ООН має загальну виключну компетенцію для підтримання чи відновлення міжнародного миру та безпеки. У доктрині міжнародного права також застосовується поділ міжнародних спорів на правові юридичні в яких підставою претензій та заперечень на них виступають норми міжнародного права та політичні які ґрунтуються на політичних аргументах неправової природи. 36 Статуту спори...
83522. Засоби вирішення міжнародних спорів. «Спір і ситуація». Класифікація мирних засобів вирішення міжнародних спорів 38.21 KB
  Класифікація мирних засобів вирішення міжнародних спорів Статут ООН п. Стаття 33 Статуту ООН серед мирних засобів вирішення міжнародних спорів вказує переговори обстеження посередництво примирення арбітраж судовий розгляд звернення до регіональних органів або угод. Можна виділити дипломатичні погоджувальні та судові засоби вирішення міжнародних спорів.
83523. Дипломатичні засоби вирішення міжнародних переговорів. Безпосередні переговори і консультації. Добрі послуги і посередництво. Міжнародна примирлива процедура: слідчі і погоджувальні комісії 38.73 KB
  Переговори ведуться безпосередньо сторонами, які знаходяться у спорі. Проведення переговорів не вимагає участі третьої сторони (іншої держави, міжнародної організації). Ініціатива переговорів завжди належить сторонам спору, які тим самим здійснюють певний контроль над процесом його розв\'язання.
83524. Судові засоби вирішення міжнародних спорів. Міжнародний арбітраж як засіб мирного вирішення міжнародних спорів. Постійна палата третейського суду. Структура і компетенція Міжнародного Суду ООН 39.98 KB
  Постійна палата третейського суду. Структура і компетенція Міжнародного Суду ООН. Спробою інституалізації арбітражу було створення Постійної палати третейського суду на підставі положень Гаазьких конвенції 1899 р. Згідно зі Статутом Міжнародного Суду ООН кандидати у члени цього суду висуваються не державами а національними групами Постійної палати третейського суду тобто групами суддів Палати які представляють одну й ту саму державу.
83525. Вирішення спорів у міжнародних організаціях 39 KB
  Мирне вирішення міжнародних спорів надає широку компетенцію Раді Безпеки органу ООН який несе головну відповідальність за підтримання міжнародного миру та безпеки ст. Також компетенцію в сфері мирного вирішення міжнародних спорів має Генеральна Асамблея ООН проте вона є обмеженою на користь Ради Безпеки. Держава яка не є членом OOН також може звернутися до Ради Безпеки або Генеральної Асамблеї з приводу будьякого спору в якому вона є стороною за умови що вона заздалегідь прийме на себе зобов\'язання за...
83526. Дипломатія і дипломатичне право 34.31 KB
  Дипломатичне право у свою чергу є сукупністю міжнародноправових норм що визначають правове положення та регулюють діяльність дипломатичних представництв держав.
83527. Органи зовнішніх зносин держав 36.52 KB
  Президент України відповідно до Конституції України забезпечу державну незалежність національну безпеку і правонаступник держави; представляє державу в міжнародних відносинах здійсни керівництво зовнішньополітичною діяльністю держави веде переговори та укладає міжнародні договори України; приймає рішення про ви знання іноземних держав; призначає та звільняє голів дипломатичну представництв України в інших державах і при міжнародних організаціях; приймає вірчі і відзивні грамоти дипломатичних представника іноземних держав; вносить до...
83528. Дипломатичні представництва. Поняття і види. Функції дипломатичних представництв 35.58 KB
  Функції дипломатичних представництв Дипломатичні представництва займають найвищу позицію серед закордонних органів зовнішніх зносин держави. Суттєвих відмінностей між посольствами та місіями немає але більшість держав обмінюються дипломатичними представництвами посольствами. дипломатичні представництва виконують наступні функції: представництво своєї держави в країні перебування; захист інтересів держави що акредитує та її громадян у країні перебування у межах що допускаються міжнародним правом; ведення переговорів з урядом держави...
83529. Голова дипломатичного представництва. Початок місії голови дипломатичного представництва. Закінчення місії голови дипломатичного представництва 35.69 KB
  Початок місії голови дипломатичного представництва. Закінчення місії голови дипломатичного представництва Віденська конвенція про дипломатичні зносини 1961 р. Голови постійних дипломатичних представництв перших двох класів акредитуються при голові держави а голова дипломатичною представництва третього класу при міністрі закордонних справ.