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

118 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

36437. Эстетическая привлекательность ландшафтов 31 KB
  Современные подходы к оценке эстетической привлекательности ландшафтов. Объективистский подход предполагает выявление объективных критериев эстетической привлекательности кроющихся в физиономических характеристиках самого ландшафта субъективный же указывая на субъективную природу красоты исследует особенности ландшафтноэстетических предпочтений у разных групп людей.Объективистский подход к оценке эстетической привлекательности ландшафтов является в настоящее время наиболее признанным и распространенным. Также к его недостаткам...
36438. Виды воздействия рекреационной деятельности на ОС 25.5 KB
  Ранее исследованиям по анализу туристской деятельности уделялось мало внимания да и то рассматривали воздействие туризма только в определённых точках земного шара или воздействие отдельных его видов. Воздействие туризма на окружающую среду может быть прямым косвенным и побудительным а также положительным и отрицательным. Туризм не может развиваться без взаимодействия с окружающей средой однако с помощью управления развитием туризма и чёткого планирования возможно уменьшить негативное воздействие и увеличить положительное. Положительное...
36439. Национальные парки 30 KB
  Основные задачи национальных парков На национальные парки возлагаются следующие основные задачи: а сохранение природных комплексов уникальных и эталонных природных участков и объектов; б сохранение историкокультурных объектов; в экологическое просвещение населения; г создание условий для регулируемого туризма и отдыха; д разработка и внедрение научных методов охраны природы и экологического просвещения; е осуществление экологического мониторинга; ж восстановление нарушенных природных и историкокультурных комплексов и объектов. Исходя...
36440. Государственные природные заказники России: статус, режим, функции, задачи, перспективы развития ФЗначения 29 KB
  Государственные природные заповедники являются природоохранными научноисследовательскими и экологопросветительскими учреждениями имеющими целью сохранение и изучение естественного хода природных процессов и явлений генетического фонда растительного и животного мира отдельных видов и сообществ растений и животных типичных и уникальных экологических систем. Задачи государственных природных заповедников а осуществление охраны природных территорий в целях сохранения биологического разнообразия и поддержания в естественном состоянии...
36441. Категории и виды ООПТ Арх. Области 26.5 KB
  Области сеть ОПТ: заповедники национальные парки заказники памятники природы. На западе области организовано два среднетаежных НП: Водлозерский природный 3411 км2 и Кенозерский 1397 км2. Первый находится на границе Карелии и Архангельской области и включает девственную тайгу на югозападе Онежского района. В области организовано 36 видовых и комплексных заказников 55 681 км2 или 135 площади области.
36442. Восточно-европейская зона 37 KB
  Ее туристские ресурсы определяются помимо живописности природы море реки леса средневысотные горы возможностью заниматься летними и зимними видами спорта а также большим числом историкокультурных памятников разных эпох музыкальными традициями страны и пр. Природной аттрактивностыо отличаются в первую очередь север страны с его Балтийским побережьем и юг где расположена часть Карпатской горной системы. Что касается привлекательности историкокультурной историкоархитектурной то ею обладают главный туристский центр страны и ее...
36443. Западно-европейская 33.5 KB
  Она привлекает туристов и очень разнообразной природой и множеством историкокультурных историкоархитектурных объектов.; преобладанием воздушных перевозок своих и иностранных туристов над автомобильными. При этом в районе велико число туристов не только летом но и зимой в период когда в доступных для туристов горах есть необходимый снежный покров. Наиболее интересны для туристов города Женева Цюрих Берн столица страны.
36444. Южная Европа 34.5 KB
  Пользуется популярностью у туристов и Мальта со столицей ЛаВалетта известная и памятниками прошлого и своеобразной архитектурой. Район этот очень привлекателен для туристов и в последнее десятилетие пользуется исключительным туристским спросом. Это вполне объяснимо: сочетание морских побережий Атлантического океана и Средиземного моря с их пляжами со средиземноморским и близким к нему климатом внутренняя дифференциация природных условий высокогорные и средневысотные районы плато и низменности от очень влажных до засушливых...
36445. Зарубежная Азия 48 KB
  Азиатские страны населяют представители монголоидной и европеоидной рас говорящие па самых различных языках и диалектах. ЮгоВосточная Азия Континентальный район включает Бирму Таиланд Вьетнам Лаос Камбоджу Малайзию Островной макрорайон включает в себя две страны Индонезию и Филиппины Центральная Азия Япония Корейский район СевероВосточный и Восточный Китай Южный Китай с Тайванем. Среди них Стамбул Турция Амман Иордания древние города Ливана Баальбек Сайда а также организующийся туристский центр страны его...