Cryptology Academy · Oppitunti

AES:n rakenne: kierrokset ja tilamatriisi

Käykää läpi SubBytes-, ShiftRows-, MixColumns- ja AddRoundKey-vaiheet

Oppitunti 2/413 vaihetta

AES:n rakenne: kierrokset ja tilamatriisi on ilmainen Cryptology Academy-oppitunti CoddyKitissä. Tämä on oppitunti 2/4. Voit lukea koko oppitunnin alta ilmaiseksi ja harjoitella sen jälkeen käytännössä selaimessa sisäänrakennetulla koodieditorilla ja ympäri vuorokauden käytettävissä olevan tekoälytuutorin avulla. Oppitunti kuuluu Cryptology Academy-oppimispolkuun, ja edistymisesi synkronoituu verkon ja CoddyKit-sovelluksen välillä. Cryptology Academy-kurssilla on yhteensä 4 oppituntia.

Tervetuloa

AES on substituutio-permutaatioverkko, joka käsittelee tavuista koostuvaa 4×4-matriisia nimeltä State. Jokaisella kierroksella tilaan sovelletaan neljää operaatiota.

Tilamatriisi

AES lataa 16 selvätekstin tavua 4×4-ruudukkoon nimeltä State: [b0 b4 b8 b12] [b1 b5 b9 b13] [b2 b6 b10 b14] [b3 b7 b11 b15] Kaikki operaatiot muuntavat tätä matriisia.

Kierrosten määrä

AES-128: 10 kierrosta. AES-192: 12 kierrosta. AES-256: 14 kierrosta. Jokaisella kierroksella sovelletaan operaatioita SubBytes, ShiftRows, MixColumns ja AddRoundKey, paitsi viimeisellä kierroksella ohitetaan MixColumns.

SubBytes: epälineaarinen substituutio

SubBytes korvaa jokaisen tavun AES:n S-boxissa olevalla vastaavalla arvolla. S-box on kiinteä 256 alkion hakutaulukko, joka on muodostettu GF(2^8):n käänteisalkioiden avulla. Se tuottaa AES:n epälineaarisuuden ja sekoituksen.

AES:n S-box

S-box muuntaa arvon 0x00→0x63, 0x01→0x7C, ... Jokainen syötetavu muunnetaan yksikäsitteiseksi tulostavuksi. Käänteinen S-box muuntaa arvot takaisin salauksen purkamista varten. Mikään tavu ei muunnu itsekseen (käänteisessä S-boxissa 0x63 muuntuu arvoksi 0x00).

ShiftRows: rivien permutaatio

ShiftRows kiertää jokaista Staten riviä: Rivi 0: ei siirtoa. Rivi 1: vasemmalle 1. Rivi 2: vasemmalle 2. Rivi 3: vasemmalle 3. Tämä levittää tavut eri sarakkeisiin seuraavaa MixColumns-vaihetta varten.

MixColumns: sarakkeiden hajautus

MixColumns käsittelee jokaista neljän tavun saraketta polynomina GF(2^8):n päällä ja kertoo sen kiinteällä matriisilla. Jokainen tulostavu riippuu kaikista neljästä syötetavusta, mikä tuottaa hajautuksen.

AddRoundKey

AddRoundKey tekee Statelle XOR-operaation 16-tavuisen kierrosavaimen kanssa. Kierrosavain johdetaan alkuperäisestä avaimesta. Tämä on ainoa vaihe, joka käyttää salaista avainta, ja ainoa vaihe, joka tuottaa salaisuuden.

Kierroksen rakenne

Alustus: AddRoundKey Kierrokset 1..N-1: SubBytes → ShiftRows → MixColumns → AddRoundKey Viimeinen kierros: SubBytes → ShiftRows → AddRoundKey (ei MixColumns-operaatiota) Salauksen purkamisessa käytetään käänteisoperaatioita käänteisessä järjestyksessä.

Wide-Trail-strategia

AES:n suunnittelijat käyttivät Wide-Trail-strategiaa osoittaakseen kestävyyden differentiaali- ja lineaarista kryptanalyysiä vastaan. Neljän kierroksen jälkeen minkä tahansa hyökkäyksen on tutkittava 2^128 vaihtoehtoa.

AES:n laitteistotuki

Nykyaikaiset suorittimet (Intel, AMD, ARM) sisältävät AES-NI-käskyjä: AESENC, AESENCLAST ja AESDEC. Yksi suoritinkäsky suorittaa yhden AES-kierroksen, joten AES on laitteistossa erittäin nopea.

Pikatarkistus

Mikä AES:n operaatio tuottaa epälineaarisuuden (sekoituksen), joka estää algebralliset hyökkäykset?

Vastaa interaktiivisessa oppitunnissa

Kertaus

Ymmärrätte nyt AES:n rakenteen! Seuraavaksi tutustumme avaimen laajennukseen eli siihen, miten 128-bittisestä avaimesta muodostetaan 11 kierrosavainta.

Aloita maksutta

Opi Cryptology Academy tekoälytuutorin avulla — ilmaiseksi

Kirjoita ja suorita oikeaa koodia selaimessa, saa välitöntä apua tekoälytuutorilta ympäri vuorokauden ja jatka siitä, mihin jäit, verkossa tai sovelluksessa.

Kurssit: 67
Oppitunnit: 261

Aloita opiskelu maksutta Näytä koko kurssi

Usein kysytyt kysymykset

Onko oppitunti ”AES:n rakenne: kierrokset ja tilamatriisi” ilmainen?

Kyllä – oppitunnin ”AES:n rakenne: kierrokset ja tilamatriisi” koko tekstin voi lukea täällä verkossa ilmaiseksi. Jos haluat harjoitella interaktiivisesti sisäänrakennetulla koodieditorilla ja ympäri vuorokauden käytettävissä olevan tekoälytuutorin avulla sekä avata koko Cryptology Academy-kurssin, päivitä CoddyKit PROhon. Cryptology Academy-kurssilla on yhteensä 4 oppituntia.

Mitä opin oppitunnilla ”AES:n rakenne: kierrokset ja tilamatriisi”?

Käykää läpi SubBytes-, ShiftRows-, MixColumns- ja AddRoundKey-vaiheet Harjoittelet Cryptology Academy-aihetta koodilla, jonka suoritat suoraan selaimessa. Ympäri vuorokauden käytettävissä oleva tekoälytuutori vastaa kysymyksiisi oppitunnin aikana.

Tarvitsenko kokemusta aloittaakseni Cryptology Academy-opiskelun?

Aiempi kokemus ei ole tarpeen. CoddyKitin Cryptology Academy-oppimispolku sopii vasta-alkajista edistyneisiin, joten voit aloittaa tästä tai alusta ja edetä omaan tahtiisi. Tämä on oppitunti 2/4.

Kuinka kauan ”AES:n rakenne: kierrokset ja tilamatriisi”-oppitunnin suorittaminen kestää?

Useimmat CoddyKitin oppitunnit kestävät noin 5–10 minuuttia. Jokainen oppitunti on lyhyt ja interaktiivinen, joten edistyt tasaisesti ja voit jatkaa siitä, mihin jäit – sekä verkossa että sovelluksessa.

Voinko kirjoittaa ja suorittaa koodia tällä Cryptology Academy-oppitunnilla?

Kyllä. Jokainen Cryptology Academy-oppitunti sisältää sisäänrakennetun koodieditorin, joten voit kirjoittaa ja suorittaa oikeaa koodia suoraan selaimessa ja saada välitöntä palautetta tekoälyltä – paikallista asennusta ei tarvita.

Kaikki tämän kurssin oppitunnit

Symmetrisen salauksen käsitteet
AES:n rakenne: kierrokset ja tilamatriisi
AES-avaimen laajennus ja avainkoot
Tiedostojen salaaminen AES:llä käytännössä

← Takaisin: Cryptology Academy