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

99 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

74082. Государство и право Англии 100 KB
  Накануне революции английское общество было расколото на два основных лагеря. Сторонники короля (роялисты) – представители “старого”, феодального дворянства и англиканского духовенства были опорой абсолютизма и выступали за сохранение прежних феодальных порядков и англиканской церкви. Противники абсолютизма (новое дворянство - “джентри” и буржуазия)
74083. Государство и право США в Новое время 76 KB
  Отношения американских колоний и метрополии в XVIII в. во многом определялись политикой Англии, стремящейся превратить колонии в сырьевой придаток и рынок сбыта. Это вызвало возмущение во всех слоях общества и в 60-е – начале 70-х гг. начались массовые выступления населения колоний. Королю была направлена петиция с просьбой прекратить притеснения и не давать повода к окончательному разрыву.
74084. Государство и право Франции в Новое время 144 KB
  В условиях острого кризиса абсолютизм был вынужден пойти на созыв Генеральных штатов, не собирающихся более 150 лет. Однако с самого начала работы делегаты третьего сословия, поддержанные частью других делегатов, вступили в конфликт с королевской властью. Депутаты организовались сначала в Национальное собрание, а позднее в Учредительное собрание
74085. Государство и право Германии в Новое время 93.5 KB
  Союзный акт 1815 г. стал основой для создания нового государственного объединения – Германского союза, представлявшего собой крайне расплывчатую конфедерацию. Он включал 34 государство и четыре вольных города (Франкфурт, Гамбург, Любек и Бремен), отличающихся исключительной пестротой государственных форм: одна империя (Австрия)
74086. Организация производственного процесса. Производственный процесс и принципы его организации 841 KB
  К основным относятся процессы, связанные непосредственно с превращением предмета труда в готовую продукцию (например, переплавка руды в доменной печи и превращение ее в металл; превращение муки в тесто, затем в испеченный хлеб), т.е., это технологические процессы, в ходе которых происходят изменения геометрических форм, размеров и физико-химических свойств предметов труда. Основными называются производственные процесс
74087. Типы производства и их технико-экономическая характеристика 102 KB
  Тип производства определяется комплексной характеристикой технических организационных и экономических особенностей производства обусловленных широтой номенклатуры регулярностью стабильностью и объемом выпуска продукции. Основным показателем характеризующим тип производства является коэффициент закрепления операций Кз. Различают три типа производства: единичное серийное массовое.
74088. Организация вспомогательного производства и обслуживающих хозяйств 757 KB
  Инструментальное хозяйство занимает ведущее место в системе технического обслуживания производства. Современный технический и организационный уровень машиностроения определяется высокой оснащенностью его моделями, штампами, прессформами, приспособлениями, режущим, измерительным и вспомогательными инструментами и приборами, объединенными в общий комплекс технологической оснастки.
74089. Совершенствование организации производства и оценка ее экономической эффективности 237 KB
  Совершенствование организации производства и оценка ее экономической эффективности Основные пути развития организационных резервов Многообразие производственнотехнических условий работы промышленных предприятий определяет значение различных путей использования организационных резервов. Организационные резервы производства Для того чтобы разработать пути совершенствования организации производства в объединениях и на предприятиях необходимо оценить состояние и уровень организации производства. Состояние организации производства характеризует...
74090. Концепция организации и планирования производства на предприятии 77 KB
  Концепция организации и планирования производства на предприятии. Сущность организации производства Цель курса состоит в приобретении знаний и практических навыков экономических расчётов применительно к производственным и техническим решениям...