Cryptology Academy · درس

بنية AES: الجولات ومصفوفة الحالة

تتبّعوا SubBytes وShiftRows وMixColumns وAddRoundKey

بنية AES: الجولات ومصفوفة الحالة درس مجاني في Cryptology Academy على CoddyKit. هذا هو الدرس 2 من أصل 4. يمكنك قراءة الدرس كاملاً أدناه مجاناً — ثم تمرن عليه مباشرة في المتصفح باستخدام محرر أكواد مدمج ومدرس ذكاء اصطناعي متاح 24/7. هذا الدرس جزء من مسار التعلم في Cryptology Academy، وتقدمك يتزامن عبر الويب وتطبيق CoddyKit. تتضمن دورة Cryptology Academy 4 دروس في المجموع.

مرحبًا

إن AES شبكة استبدال-تبديل تعمل على مصفوفة 4×4 من البايتات تُسمى الحالة. وتطبّق كل جولة أربع عمليات لتحويل الحالة.

مصفوفة الحالة

يحمّل AES 16 بايتًا من النص الصريح في شبكة 4×4 تُسمى الحالة: [b0 b4 b8 b12] [b1 b5 b9 b13] [b2 b6 b10 b14] [b3 b7 b11 b15] تحوّل جميع العمليات هذه المصفوفة.

عدد الجولات

AES-128:‏ 10 جولات. AES-192:‏ 12 جولة. AES-256:‏ 14 جولة. وتطبّق كل جولة SubBytes وShiftRows وMixColumns وAddRoundKey (باستثناء الجولة الأخيرة التي تتخطى MixColumns).

SubBytes: الاستبدال غير الخطي

تستبدل SubBytes كل بايت بقيمته في S-box الخاصة بـ AES، وهي جدول بحث ثابت يضم 256 مدخلًا، أُنشئ باستخدام معكوس GF(2^8). وهذا هو مصدر اللاخطية والتشويش في AES.

S-box الخاصة بـ AES

تربط S-box القيمة 0x00 بالقيمة 0x63، والقيمة 0x01 بالقيمة 0x7C، وهكذا. وترتبط كل قيمة بايت دخل بقيمة بايت خرج فريدة. وتعيد S-box العكسية الربط في الاتجاه المعاكس لفك التشفير. ولا ترتبط أي قيمة بايت بنفسها (إذ ترتبط 0x63 بالقيمة 0x00 في S-box العكسية).

ShiftRows: تبديل الصفوف

تُجري ShiftRows إزاحة دورية لكل صف من صفوف الحالة: الصف 0: لا إزاحة. الصف 1: إزاحة واحدة إلى اليسار. الصف 2: إزاحتان إلى اليسار. الصف 3: ثلاث إزاحات إلى اليسار. وينشر ذلك البايتات عبر أعمدة مختلفة استعدادًا للخطوة التالية MixColumns.

MixColumns: انتشار الأعمدة

تتعامل MixColumns مع كل عمود مكوّن من 4 بايتات باعتباره كثير حدود فوق GF(2^8)، ثم تضربه في مصفوفة ثابتة. وتعتمد كل قيمة بايت خرج على قيم بايتات الإدخال الأربع، مما يوفر الانتشار.

AddRoundKey

تجري AddRoundKey عملية XOR بين الحالة ومفتاح جولة مكوّن من 16 بايتًا، مشتق من المفتاح الأصلي. وهذه هي الخطوة الوحيدة التي تستخدم المفتاح السري، والخطوة الوحيدة التي توفر السرية.

بنية الجولة

البداية: AddRoundKey الجولات 1..N-1: SubBytes → ShiftRows → MixColumns → AddRoundKey الجولة الأخيرة: SubBytes → ShiftRows → AddRoundKey (من دون MixColumns) يطبّق فك التشفير العمليات العكسية بترتيب عكسي.

استراتيجية Wide-Trail

استخدم مصممو AES استراتيجية Wide-Trail لإثبات مقاومته للتحليل التشفيري التفاضلي والخطي. وبعد 4 جولات، يجب على أي هجوم فحص 2^128 احتمالًا.

دعم AES في العتاد

تتضمن وحدات المعالجة المركزية الحديثة (Intel وAMD وARM) تعليمات AES-NI:‏ AESENC وAESENCLAST وAESDEC. وتنفذ تعليمة واحدة من تعليمات وحدة المعالجة المركزية جولة AES واحدة، مما يجعل AES سريعًا جدًا في العتاد.

اختبار سريع

أي عملية من عمليات AES توفر اللاخطية (التشويش) التي تمنع الهجمات الجبرية؟

مراجعة

أصبحتم تفهمون بنية AES! سندرس بعد ذلك توسيع المفتاح، أي كيفية تحويل مفتاح بحجم 128 بت إلى 11 مفتاح جولة.

الأسئلة الشائعة

هل درس «بنية AES: الجولات ومصفوفة الحالة» مجاني؟

نعم — نص درس «بنية AES: الجولات ومصفوفة الحالة» كامل متاح مجاناً هنا على الويب. لتمرينه بشكل تفاعلي (محرر أكواد مدمج ومدرس ذكاء اصطناعي متاح 24/7) وفتح باقي دورة Cryptology Academy، انتقل إلى CoddyKit PRO. تتضمن دورة Cryptology Academy 4 دروس في المجموع.

ماذا ستتعلم في «بنية AES: الجولات ومصفوفة الحالة»؟

تتبّعوا SubBytes وShiftRows وMixColumns وAddRoundKey تتمرن على Cryptology Academy مع أكواد عملية تشغلها مباشرة في المتصفح، ومدرس ذكاء اصطناعي متاح 24/7 يجيب على أسئلتك أثناء عملك.

هل أحتاج إلى خبرة سابقة لأبدأ Cryptology Academy؟

لا تُشترط خبرة سابقة. Cryptology Academy على CoddyKit منظم للمبتدئين حتى المتقدمين، لذا يمكنك البدء من هنا أو من البداية والتقدم بسرعتك الخاصة. هذا هو الدرس 2 من أصل 4.

كم من الوقت يستغرق درس «بنية AES: الجولات ومصفوفة الحالة»؟

معظم دروس CoddyKit تستغرق حوالي 5–10 دقائق. كل منها موجز وتفاعلي، لذا تحرز تقدماً مستمراً وتستأنف من حيث توقفت عبر الويب والتطبيق.

هل يمكنني كتابة وتشغيل أكواد في درس Cryptology Academy هذا؟

نعم. كل درس في Cryptology Academy يتضمن محرر أكواد مدمج، لذا تكتب وتشغل أكواداً حقيقية مباشرة في متصفحك وتحصل على تعليقات فورية من الذكاء الاصطناعي — بدون إعداد محلي.

جميع الدروس في هذه الدورة

← العودة إلى Cryptology Academy