Понимание и реализация Aes: практическое руководство с примерными расчетами

Advanced Encryption Standard (AES) — широко используемый алгоритм шифрования, обеспечивающий безопасность данных. Он используется в различных приложениях, от защиты связи до защиты хранимых данных. В этой статье представлен практический обзор AES, включая примерные расчеты, чтобы помочь понять его работу.

Основы AES

AES — алгоритм симметричного шифрования ключей, то есть один и тот же ключ используется как для шифрования, так и для дешифрования. Он работает на блоках данных фиксированного размера, обычно 128 бит, и поддерживает размеры ключей 128, 192 или 256 бит. Процесс шифрования включает в себя несколько раундов замены, перестановки и смешивания данных для создания безопасного шифротекста.

Процесс шифрования

Процесс шифрования AES состоит из нескольких этапов:

• SubBytes: Замена байта с использованием предопределенного S-бокса.
• ShiftRows: Циклически сдвигает ряды массива состояний.
• MixColumns: Смешивает столбцы для диффузии данных.
• AddRoundKey: Объединяет состояние с круглым ключом, полученным из главного ключа.

Эта последовательность повторяется для ряда раундов в зависимости от размера ключа, причем последний раунд опускает шаг MixColumns.

Пример расчета

Рассмотрим шифрование простого 128-битного блока с 128-битным ключом. Начальный простой текст представлен шестнадцатеричным как 001122334455778899aabbccddeeff. Ключ 0001020304050608090a0b0c0d0e0f. Первый шаг включает в себя добавление круглого ключа к простому тексту, в результате чего возникает новое состояние. Последующие раунды применяют этапы замещения, сдвига, смешивания и добавления ключа, преобразуя данные в шифротекст.

Например, после первой операции AddRoundKey государство становится:

Простая ссылка: 00112233445566778899aabbccddeeff

Круглый ключ: 000102030405060708090a0b0c0d0e0f

Результатное состояние (hex): 00102030405060708090a0b0c0d0e0f

Этот процесс продолжается во всех раундах, в конечном итоге создавая зашифрованный шифротекст.