高級加密標準

由於其關鍵長度選項，AES加密仍然是確保通信的最佳選擇. 破解加密算法所需的時間與使用的密鑰長度直接相關，i.e., 128位，192位和256位.

高級加密標準（AES）

莫里斯·J. Dworkin，Elaine B. 巴克，詹姆斯·R. Nechvatal，James Foti，Lawrence E. Bassham，e. 羅巴克，詹姆斯·F. Dray Jr.

抽象的

高級加密標準（AES）指定了可用於保護電子數據的FIPS批准的加密算法. AES算法是一種對稱塊密碼，可以加密（codypher）和解密（解密）信息. 加密將數據轉換為一個名為Ciphertext的難以理解的形式；解密密文將數據轉換為其原始形式，稱為“明文”. AES算法能夠使用128、192和256位的加密密鑰對128位的塊中進行加密和解密數據.

高級加密標準

如今，可能遇到的最流行和廣泛採用的對稱加密算法是高級加密標準（AES）. 發現它至少比三重DES快六次.

需要替換DES，因為其關鍵尺寸太小. 隨著計算能力的增加，它被認為是針對詳盡的鑰匙搜索攻擊而脆弱的. Triple Des旨在克服這個缺點，但發現很慢.

AE的特徵如下 –

  • 對稱密鑰對稱塊密碼
  • 128位數據，128/192/256位鍵
  • 比三滴更強，更快
  • 提供完整的規格和設計細節
  • 可在C和Java中實現的軟件

AES的操作

AES是迭代而不是Feistel Cipher. 它基於“替換 – 宇宙網絡”. 它包括一系列鏈接的操作，其中一些涉及通過特定輸出（替換）代替輸入，而其他則涉及在周圍改組位（排列）.

有趣的是，AES在字節而不是位上執行所有計算. 因此，AES將128位明文塊視為16個字節. 這16個字節被排列在四列和四行中，用於處理作為矩陣 –

與DES不同，AES中的回合數量是可變的，取決於密鑰的長度. AES用於128位鑰匙的10發子彈，192位鑰匙的12發子彈和256位鑰匙的14發子彈. 這些回合中的每一個都使用不同的128位圓形鑰匙，該鍵是根據原始AES鍵計算的.

AES結構的示意圖在以下說明 –

AES結構

加密過程

在這裡，我們僅限於典型的AES加密的描述. 每一輪由四個子過程組成. 第一輪過程以下描述 –

第一輪過程

字節替代（subbytes）

通過在設計中給出的固定表（S-box）來代替16個輸入字節. 結果是四行和四列的矩陣.

shiftrows

矩陣的四行中的每一行都向左移動. 任何“掉下”的條目都重新插入行的右側. 移動如下 –

  • 第一行沒有移動.
  • 第二排向左移動一個（字節）位置.
  • 第三排向左移動兩個位置.
  • 第四排向左移動三個位置.
  • 結果是一個由相同16個字節組成但相互轉移的新矩陣.

混合曲面

現在使用特殊的數學功能對四個字節的每一列進行轉換. 此函數以輸入為輸入一列的四個字節，並輸出四個全新字節，替換原始列. 結果是另一個由16個新字節組成的新矩陣. 應該注意的是，在最後一輪中沒有執行此步驟.

AddRoundKey

現在將矩陣的16個字節視為128位，並固定在圓形鑰匙的128位. 如果這是最後一輪，則輸出是密文. 否則，將結果的128位解釋為16個字節，我們開始了另一回合.

解密過程

AES密文的解密過程類似於相反順序的加密過程. 每個回合由以相反順序進行的四個過程組成 –

  • 添加圓形鍵
  • 混合列
  • 移動行
  • 字節替換

由於每個回合中的子處理都以相反的方式，與Feistel Cipher不同，因此必須單獨實施加密和解密算法，儘管它們密切相關.

AES分析

在當今的密碼學中，AES在硬件和軟件中得到廣泛採用和支持. 到目前為止，還沒有發現針對AE的實際隱式分析攻擊. 此外，AES具有密鑰長度的內置靈活性，這可以在執行詳盡的關鍵搜索能力方面具有一定程度的“防止未來”.

但是，就像DES一樣，僅當AES安全性正確時才能確保其安全性，並且採用了良好的密鑰管理.

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什麼是AES加密，它如何工作?

如何通過AES加密保護數據？

加密通過培養安全和隱私文化在當今的數字世界中找到了席位. 當AES加密算法成功地將數據加密標準作為2001年加密算法的全局標準時，它解決了其前身的許多缺點. 它被視為日常生活中加密的未來. 到目前為止，先進的加密標準已經實現了目標期間的目標. 而且它有很長的路要走.

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為什麼需要AES加密算法?

當形成和標準化數據加密標準算法（也稱為DES算法）時，對於該一代計算機來說，這是有意義的. 按照當今的計算標準，每年都會闖入DES算法變得更加容易，更快，如下圖所示.

des_2-aes_encryption。

一個更強大的算法是需要小時，更長的鑰匙尺寸和更強大的密碼可以闖入. 他們創建了解決這個問題的三倍，但是由於其相對較慢的步伐，它從未成為主流. 因此，先進的加密標準是為了克服這一缺點而成立的.

什麼是高級加密標準?

AES加密算法（也稱為Rijndael算法）是一種對稱塊密碼密碼算法，塊/塊大小為128位. 它使用128、192和256位轉換這些單獨的塊. 一旦加密這些塊，它就會將它們連接在一起以形成密文.

它基於一個替代permot網絡，也稱為SP網絡. 它由一系列鏈接的操作組成，包括用特定的輸出（替換）替換輸入，而其他涉及位改組的輸入（排列）.

在本教程中，您將瀏覽AES作為全球標準化算法提供的一些出色功能.

AES的功能是什麼?

  1. SP網絡：它在SP網絡結構而不是Feistel Cipher結構上工作，如DES算法所示.
  2. 鑰匙擴展：它在第一階段需要一個鍵，後來將其擴展到單個回合中使用的多個鍵.
  3. 字節數據：AES加密算法對字節數據進行操作，而不是位數據. 因此，它將加密過程中的128位塊大小視為16個字節.
  4. 密鑰長度：要執行的回合數量取決於用於加密數據的密鑰的長度. 128位鑰匙尺寸有十發，192位鑰匙尺寸有12發，而256位鑰匙尺寸有14發子彈.

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AES如何工作?

要了解AES的工作方式，您首先需要學習如何在多個步驟之間傳輸信息. 由於單個塊為16個字節，因此4×4矩陣將數據保存在一個塊中，每個單元格都包含一個信息.

state_array-aes_encryption

上圖中顯示的矩陣稱為狀態數組. 同樣，最初使用的鍵將擴展到（n+1）鍵，n是加密過程中要遵循的回合數. 因此，對於128位鑰匙，回合數為16，沒有. 生成的鍵為10+1，總共11個鍵.

在AES中遵循的步驟

過程

要依次遵循上述步驟. 成功加密各個塊後，它將它們加入在一起以形成最終的密文. 步驟如下：

  • 添加圓形密鑰：您將通過XOR函數傳遞在狀態數組中的塊數據，並生成第一個鍵（K0）. 它將結果狀態數組作為輸入傳遞到下一步.

Roundkey。

  • 子字：在此步驟中，它將狀態陣列的每個字節轉換為十六進制，分為兩個相等的部分. 這些零件是行和列，用替換框（S-box）映射以生成最終狀態數組的新值.

subbytes。

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  • 移動行：它互相交換行元素. 它跳過第一行. 它在第二行中移動元素，左側一個位置. 它還將元素從第三行轉移到左側兩個連續位置，並將最後一行的三個位置向左移動.

shiftrows-aes_encryption

  • 混合列：它在狀態數組中的每個列乘以常數矩陣，以獲取後續狀態數組的新列. 一旦所有列都乘以相同的常數矩陣，您將獲得下一步的狀態數組. 這個特定步驟不在最後一輪.

混合曲面。

  • 添加圓形密鑰：在上一步中獲得了循環的各個鍵是XOR的XOR。. 如果這是最後一輪，則結果狀態陣列成為特定塊的密文；否則，它作為下一輪的新狀態陣列輸入的傳遞.

Roundkey。

現在您了解了通過加密過程所需的基本步驟，請了解此示例以遵循.

示例1。

如上圖所示，在操作開始之前，明文和加密將鍵轉換為六角形格式. 因此，您可以生成接下來十發的鑰匙，如下所示.

keys-aes_encryption

您需要遵循上面解釋的相同步驟，順序提取狀態數組並將其作為輸入傳遞到下一輪. 步驟如下：

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  • 添加圓形密鑰：

示例2

  • 子字：它通過16×16 S-box傳遞元素以獲取一個全新的狀態數組.

示例3

示例4

示例5

示例6

該狀態陣列現在是此特定回合的最終密文. 這成為下一輪的輸入. 根據關鍵長度，您重複上述步驟直到完成第10輪，然後收到最終的密文.

示例7

現在，您了解了AES的工作原理，請仔細閱讀此加密算法的某些應用.

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AES的應用是什麼?

應用-AES_ENCRYPONT

AES加密算法的應用如下：

  1. 無線安全：使用高級加密標準確保無線網絡對路由器和客戶端進行身份驗證. WiFi網絡具有基於此算法的固件軟件和完整的安全系統，現在正在日常使用中.
  2. 加密瀏覽：AES在確保從客戶端和服務器端確保網站服務驗證方面發揮了重要作用. 使用對稱和非對稱加密，該算法有助於SSL/TLS加密協議始終以最大的安全性和隱私瀏覽.

現在，您了解了AES加密的應用，請查看其對其前身的升級，即DES加密算法.

AES＆DES之間的差異

DES算法

AES算法

鑰匙長度-56位

密鑰長度-128、192、256位

塊大小-64位

塊尺寸-128位

修復了. 回合

不. 取決於關鍵長度的回合

較慢且安全較低

更快，更安全

常見問題解答

1. AES加密安全嗎?

AES加密是安全的；但是，其安全性根據其變體而變化. 例如，使用蠻力方法，256位實際上是無法穿透的，而52位鍵可以在不到一天的時間內破裂.

2.是最好的加密方法?

由於其關鍵長度選項，AES加密仍然是確保通信的最佳選擇. 破解加密算法所需的時間與使用的密鑰長度直接相關，i.e., 128位，192位和256位.

3. 什麼是AES加密用於?

AES在全球硬件和軟件中實施以加密敏感數據. 這是對政府計算機安全，電子數據保護和網絡安全必不可少的對稱塊密碼.

4. 更好：RSA或AES?

RSA比AES慢得多，計算較密集. RSA必須處理大量和計算，這使其較慢. AE被認為是對使用量子計算機進行分析的安全性的，並且通常由各種組織使用.

5. 可以免費使用?

AE可以免費使用，任何人都可以使用它. 儘管有幾個國家應用出口限制，但它是一個開放標準，可以免費用於任何私人，公共，非商業或商業用途.

6. 什麼是AES?

高級加密標準是美國政府選擇的對稱塊密碼. 它使用不同的鍵轉換單個塊. 它是可用的最好的加密協議之一，讓任何人都享受日常在線活動而不會中斷.

Simplelearn如何幫助您?

因此，您已經看到了AES加密對全球階段的影響，許多系統需要安全的身份驗證渠道，因為DES倒塌了. 由於網絡安全的許多基礎，密碼學是最關鍵的方面之一，儘管其他幾個主題對於作為網絡安全專家來說都是必不可少的.

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結論

本教程探討了對AES加密的需求，其來源和加密過程，一直到其應用程序，以及與DES算法的直接比較. 希望本教程對您有價值.

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您對我們有任何疑問嗎？? 請不要猶豫，在本教程的評論部分中提及它們，我們很樂意讓我們的專家為您回答它們.

關於作者

Baivab Kumar Jena

Baivab Kumar Jena是計算機科學工程畢業生，他精通多種編碼語言，例如C/C ++，Java和Python.

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