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

106 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

45190. Определение затрат на строительство и разборку временных зданий и сооружений 15.38 KB
  Определение затрат: на строительство и разборку временных зданий и сооружений дополнительных затрат при производстве работ в зимнее время резерв на непредвиденные работы и затраты. Склады вспомогательные здания и сооружения необходимые для производства и обслуживания работников строительства временная столовая и т. зданий и сооружений ГСН 8105012001 для стрва и сборнике сметных норм затрат на стрво временных зданий и сооружений ремонтные работы ГСНр 8105012001 Нормативы приводятся в и считаются от сметной стоимости...
45191. Законодательные и методические документы, регулирующие градостроительную деятельность и вопросы определения стоимости строительства 14.37 KB
  Методика определения стоимости строительной продукции на территории Российской Федерации МДС 81-365.2004 (внесена в Федеральный реестр сметных нормативов, подлежащих применению при определении сметной стоимости объектов капитального строительства, под регистрационным номером 94 от 15.12.2009)
45192. Определение сметных норм и единичных расценок, перечислить виды ГЭСН, ТЕР, ФЭР 16.71 KB
  Индивидуальные новые технологии разработанные для отдельного объекта Элементные расценки цены Абсолютные укрупненные показатели и нормативы Сметная норма совокупность ресурсов материальных трудовых технологических установленная на принятый измеритель в строительных монтажных ремонтностроительных и пусконаладочных работах. Государственные сметные нормативы: Государственные элементные сметные нормативы на строительные и специальные работыГЭСН2001 Государственные элементные сметные нормативы на ремонтностроительные...
45193. Определение понятий: стройка, объект капитального строительства, реконструкция 13.89 KB
  Определение понятий: стройка объект капитального строительства реконструкция. Стройка комплекс объектов капитального строительства различного назначения строительство капитальный ремонт реконструкция которых осуществляется по единой проектной документации объединенной свободным сметным расчетом. Объект капитального строительства здания строения сооружения строительство которого может быть не завершено. строительства относятся: непроизводственные объекты объекты производственного назначения линейные объекты траншеи мосты...
45194. Определение понятий: сметная стоимость строительства, капитальный ремонт, заказчик, подрядчик, инвестор 14.58 KB
  Определение понятий: сметная стоимость строительства капитальный ремонт заказчик подрядчик инвестор. Сметная стоимость строительства – стоимостная оценка полного перечня затрат Заказчика Инвестора на реализацию проектных решений по объектам капитального строительства строящимся реконструируемым в границах принадлежащего Застройщику земельного участка а также в случае проведения капитального ремонта объекта капитального строительства в уровне цен определенном Заказчиком в Техническом задании на разработку Проектной в том числе...
45195. Смета на строительство объектов капитального строительства» в соответствии с постановлением Правительства РФ №87 от 16.02.2008 14.7 KB
  Содержание раздела 11 проектной документации Смета на строительство объектов капитального строительства в соответствии с постановлением Правительства РФ №87 от 16. №87 О СОСТАВЕ РАЗДЕЛОВ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ СОДЕРЖАНИЮ Извлечения Раздел 11 Смета на строительство объектов капитального строительства должен содержать текстовую часть в составе пояснительной записки к сметной документации и сметную документацию. Пояснительная записка к сметной документации должна содержать следующую информацию: а сведения о месте...