AES (Napredni standard šifriranja): definicija in uporaba
AES: definicija in uporaba — izvedite, kako Napredni standard šifriranja deluje, zakaj je varen in kako ga uporabljajo programerji ter podjetja za zaščito podatkov.
V kriptografiji je napredni šifrirni standard (AES) algoritem blokovne šifre s simetričnim ključem, ki ga je leta 2001 izbral Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo (NIST). Izbran je bil za šifriranje podatkov. Pogosto se uporablja po vsem svetu. Napredni standard šifriranja je nadomestil standard šifriranja podatkov (DES).
Od leta 2008 je AES eden izmed najbolj priljubljenih algoritmov, ki se uporabljajo v kriptografiji s simetričnim ključem. Programerjem in širši javnosti je na voljo z različnimi programskimi paketi.
Osnovne značilnosti
- Blokovna velikost: AES vedno uporablja blok velikosti 128 bitov.
- Dolžine ključev: podprtih je več dolžin ključev: 128, 192 in 256 bitov — pogosto zapisano kot AES-128, AES-192 in AES-256.
- Število krogov (rounds): odvisno od dolžine ključa: 10 krogov pri AES-128, 12 pri AES-192 in 14 pri AES-256.
- Izvor: algoritem izhaja iz šifre Rijndael, ki sta jo razvila Joan Daemen in Vincent Rijmen; kasneje je bil standardiziran kot AES (FIPS 197).
- Notranja struktura: uporablja kombinacijo zamenjav (SubBytes), permutacij (ShiftRows), linearnih mešanj (MixColumns) in XOR z rundnimi ključi (AddRoundKey).
Glavne operacije v algoritmu
- SubBytes: nebinarna zamenjava bajtov preko S-zamenjave (S-box), ki zagotavlja nelinearnost.
- ShiftRows: ciklično premikanje vrstic stanja, kar širi podatke po bloku.
- MixColumns: mešanje stolpcev s linearnimi transformacijami za dodatno difuzijo (ni uporabljeno v zadnjem krogu).
- AddRoundKey: XOR trenutnega stanja z rundnim ključem, pridobljenim iz glavnega ključa z razširitvijo ključev.
Načini delovanja (modes) in pogoste uporabe
AES sam po sebi šifrira posamezne bloke; v praksi se uporablja v kombinaciji z načini delovanja (modes), ki omogočajo šifriranje podatkov poljubne dolžine in zagotavljajo dodatne lastnosti:
- ECB: enostaven, a nezanesljiv — naj se ga izogibamo, ker enaki bloki dajejo enak izhod.
- CBC: zahteva inicializacijski vektor (IV); primeren za številne primere, vendar ne nudi avtentičnosti.
- CTR: pretvarja blokovno šifro v pretočno, omogoča paralelizacijo in je priljubljen v nekaterih protokolih.
- GCM (Galois/Counter Mode): zagotavlja tako zaupnost kot avtentičnost (AEAD) in je zelo pogosto priporočena izbira.
- CCM: tudi AEAD način, uporaben v vgrajenih sistemih in protokolih z omejenimi viri.
Praktične uporabe AES vključujejo TLS za varne povezave, IPsec, SSH, šifriranje diskov (BitLocker, LUKS), brezžične varnostne protokole (npr. WPA2 uporablja AES-CCMP), ter različne aplikacije in knjižnice kot so OpenSSL, mbed TLS ipd.
Varnost in priporočila za uporabo
- Kriptografska moč: AES je široko preizkušen in se šteje za varen proti znanim klasičnim kriptanalitičnim napadom; za sedanje standardne grožnje so ključne dolžine 128+ varne.
- Groverjev algoritem (kvantni računalniki): lahko teoretično zmanjša varnost na približno polovico bitne dolžine (torej AES-256 bi dal varnost podobno AES-128 glede na kvantni napad), zato nekateri priporočajo AES-256 za dolgoročno odpornost.
- Stranski kanali: napadi, kot so merjenje časa, porabe energije ali elektromagnetnih emisij, lahko razkrijejo skrivne ključe, če implementacija ni odporna; zato so pomembne zaščite na ravni implementacije (constant-time, masking, strojna podpora).
- Uporaba avtentičnih načinov (AEAD): priporočljivo je uporabljati načine, ki zagotavljajo tudi integriteto in avtentičnost (npr. AES-GCM ali AES-CCM), namesto ločenih MAC shem ali CBC brez preverjanja integritete.
- Upravljanje ključev in IV/nonce: pravilno generiranje in varno shranjevanje ključev ter uporaba unikatnih IV/nonce za vsako sporočilo sta ključnega pomena za varnost.
- Posodabljanje in knjižnice: uporabljajte priznane, vzdrževane kriptografske knjižnice in izkoristite strojno pospeševanje (npr. AES-NI), ki je pogosto varnejše in hitrejše od lastnih implementacij.
Zaključek
AES ostaja standard izbire za simetrično šifriranje podatkov zaradi svoje učinkovitosti, varnosti in široke podpore v strojni ter programski opremi. Kljub moči samega algoritma so varnostni vidiki, kot so pravilno upravljanje ključev, uporaba ustreznih načinov delovanja (AEAD), in zaščita pred stranskimi kanali, odločilni za varno uporabo AES v praksi.
VeraCrypt je program, ki omogoča uporabo AES za šifriranje
Zgodovina
AES je vrsta blokovne šifre Rijndael (izgovori se [rɛindaːl]), ki sta jo razvila belgijska programerja Vincent Rijmen in Joan Daemen.
Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo je leta 1997 razpisal natečaj za javno dostopen algoritem za šifriranje s simetričnim ključem in začel sprejemati prijave.
Leta 1998 je bilo na prvi konferenci AES v prvem krogu izbranih petnajst algoritmov. Potem ko je NIST zaprosil za pripombe, je organiziral drugo konferenco AES, na kateri je bilo izbranih pet najboljših algoritmov: MARS, RC6, Rijndael, Serpent in Twofish.
Do leta 2000 in konca tretje konference AES je NIST za predlog AES izbral Rijndael. Za AES je NIST izbral tri člane družine Rijndael, vsakega z velikostjo bloka 128 bitov, vendar s tremi različnimi dolžinami ključev: 128, 192 in 256 bitov.
Napredni šifrirni standard (AES) je bil 26. novembra 2001 objavljen kot zvezni standard za obdelavo informacij.
Podrobnosti
AES ima fiksne velikosti blokov 128 bitov in tri vrednosti velikosti ključa 128, 192 ali 256 bitov.
"Zasnova in moč vseh dolžin ključev algoritma AES (tj. 128, 192 in 256) zadostujeta za zaščito tajnih podatkov do stopnje SECRET. Za tajne podatke stopnje TOP SECRET je treba uporabiti 192 ali 256 dolžin ključev. Implementacijo algoritma AES v izdelkih, namenjenih zaščiti sistemov in/ali informacij nacionalne varnosti, mora pred nakupom in uporabo pregledati in potrditi NSA."
AES je hiter v programski in strojni opremi, razmeroma enostaven za izvajanje in zahteva malo pomnilnika.
Standard
Napredni šifrirni standard (AES) je opredeljen v:
- FIPS PUB 197: Napredni standard šifriranja (AES)
- ISO/IEC 18033-3: Blokovne šifre
Sorodne strani
- DES-X
- Standard šifriranja podatkov (DES)
- Trojni DES (TDES)
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je napredni šifrirni standard (AES)?
O: Advanced Encryption Standard je algoritem blokovne šifre s simetričnim ključem, ki se uporablja za šifriranje podatkov.
V: Kdaj in kdo je izbral AES?
O: AES je leta 2001 izbral Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo (NIST).
V: Kaj je AES nadomestil?
O: AES je nadomestil standard šifriranja podatkov (DES).
V: Kdaj je AES postal eden izmed najbolj priljubljenih algoritmov, ki se uporabljajo v kriptografiji s simetričnim ključem?
O: Od leta 2008 je AES eden izmed najbolj priljubljenih algoritmov, ki se uporabljajo v kriptografiji s simetričnim ključem.
V: Kdo ima dostop do AES?
O: AES je na voljo programerjem in širši javnosti z različnimi programskimi paketi.
V: Katera vrsta šifrirnega algoritma je AES?
O: AES je algoritem blokovne šifre s simetričnim ključem.
V: Kakšen je glavni namen AES?
O: Glavni namen AES je šifriranje podatkov.
Iskati