Aes шифрование и android клиент

Что такое AES

AES или Advanced Encryption Standard – так назывался конкурс, по результатам которого в 1997 году должны были выбрать преемника устаревшего к тому времени стандарта DES. В результате победил стандарт симметричного шифрования Rijndael, который со временем стали называть по названию конкурса, AES.

Проблема DES была в малой длине ключей (56 бит), что при стремительном развитии технологий, в теории позволяло подобрать его брутфорсом (грубым перебором).

Что такое AES

Как работает алгоритм

Метод безопасности применяемый Advanced Encryprion standard AES основан на поочередных подстановках блоков по 16 байт. Операции перестановок могут повторяться неоднократно – они называются “round”. У каждого раунда есть уникальные ключи, которые рассчитываются из ключей шифрования. Это делает алгоритм более стойким по сравнению с другими традиционными потоковыми алгоритмами.

Каким бывает шифрование

Оно бывает двух видов – симметричное и ассимметричное. В первом случае, ключ для шифровки сообщения используется тот же, что и для дешифровки.

При ассиметричным шифровании создается пара ключей:

1. Открытый: передается серверу для расшифровки сообщения;
2. и Закрытый: остается на устройстве пользователя. Доступ к зашифрованным закрытым ключом данным может быть получен с соответствующим ему открытым ключом.

Симметричное и асимметричное шифрование

Область применения

AES повсеместно распространенный стандарт, используется многими корпорациями для передачи конфиденциальной информации.

Алгоритм утвержден правительством США и используется, в том числе, для нужд армии, а также:

• В Wi-Fi и Bluetooth сетях;
• В мобильных сетях;
• На iOS, Android;
• Сайты, программы и серверы, хранящие пароли;
• Банковские продукты, банкоматы (хотя там AES не настолько популярно, как другие более сложные и ресурсозатратные алгоритмы); ПО и игры;
• В средствах криптографической защиты данных;
• В архиваторах (Winrar, winzip);
• В мессенджерах (whatsapp).

Достоинства

• Безопасный;
• Бесплатный;
• Оптимизированный. Алгоритм эффективно использует вычислительные мощности, поэтому не требователен к оперативной памяти устройства и «железу»;
• Мультиплатформенный. Реализовывается как на аппаратной части, так и на программной.

Использование в VPN

Практически все VPN сервисы используют AES шифрование с длиной ключа 128 или 256 бит. При этом в обеих случаях соединение с виртуальным сервером будет надежно защищено.

Как взломать алгоритм

Взломать алгоритм, подобрав комбинацию брутфорсом невозможно, так как это займет бесконечно много времени. Однако взламывать 128 битный ключ и не требуется. Все зависит от того, какой протокол используется для передачи. Используя PPTP, при подключении к VPN, достаточно взламать Хэши MD4 длиной 56 байт, что, с использованием облачных сервисов по подбору паролей займет не более суток.

Аппаратное шифрование

Еще в 2008 году Intel добавили поддержку аппаратного шифрования данных AES 256 в свои процессоры x86 архитектуры, что позволило повысить производительность программ, использующих этот алгоритм. Это говорит о популярности данного алгоритма блочного шифрования.

Стойкость шифрования AES 256

Размер ключа	Количество комбинаций	Время взлома
1 бит	2	Менее сек
16 бит	65536	Пара сек
56 бит (DES)	7*10 в 16 степени	400 сек
128 бит	3.4*10 в 38 степени	1*10 в 18 степени лет
256 бит	1.1*10 в 77 степени	3.3*10 в 56 степени лет

При этом разница между 128 и 256 битным шифрованием не принципиальна. Если кому нибудь удастся взломать 128 битный ключ, 256 битный взломать не составит никаких проблем. С практической точки зрения, 256 битное шифрование надежно ровно настолько же, как и 128 битное, поэтому его применение это маркетинговый ход.

Вывод

Алгоритм AES — признанный лидер шифрования данных. За все время его существования взломать его никому не удалось. Однако это не значит, что никто не смог получить доступ к информации. Используя небезопасные протоколы передачи данных, можно получить доступ к паролям и информации, зашифрованной даже 128 битными ключами.

Проверка NIST / CSEC

Программа проверки криптографических модулей (CMVP) осуществляется совместно Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) правительства Соединенных Штатов Америки и Управлением по безопасности связи (CSE) правительства Канады. Правительство США требует использования криптографических модулей, утвержденных в соответствии с NIST FIPS 140-2, для шифрования всех данных, имеющих классификацию «Чувствительные, но неклассифицированные» (SBU) или выше. Из NSTISSP № 11, Национальная политика, регулирующая получение информации: «Продукты шифрования для защиты секретной информации будут сертифицированы NSA, а продукты шифрования, предназначенные для защиты конфиденциальной информации, будут сертифицированы в соответствии с NIST FIPS 140-2».

Правительство Канады также рекомендует использовать утвержденные FIPS 140 криптографические модули в несекретных приложениях своих ведомств.

Хотя публикация NIST 197 («FIPS 197») является уникальным документом, охватывающим алгоритм AES, поставщики обычно обращаются к CMVP в соответствии с FIPS 140 и просят одновременно проверить несколько алгоритмов (таких как Triple DES или SHA1 ). Следовательно, редко можно найти криптографические модули, которые однозначно проверены FIPS 197, а сам NIST обычно не тратит время на то, чтобы перечислить проверенные модули FIPS 197 отдельно на своем общедоступном веб-сайте. Вместо этого проверка FIPS 197 обычно просто указывается как нотация «Утверждено FIPS: AES» (с конкретным номером сертификата FIPS 197) в текущем списке проверенных FIPS 140 криптографических модулей.

Программа проверки криптографических алгоритмов (CAVP) позволяет проводить независимую проверку правильности реализации алгоритма AES. Успешная проверка приводит к появлению в списке на странице проверок NIST. Это тестирование является предварительным условием для проверки модуля FIPS 140-2, описанной ниже. Однако успешная проверка CAVP никоим образом не означает, что криптографический модуль, реализующий алгоритм, безопасен. Криптографический модуль без проверки FIPS 140-2 или специального одобрения NSA не считается безопасным правительством США и не может использоваться для защиты государственных данных.

Проверка FIPS 140-2 является сложной задачей как с технической, так и с финансовой точки зрения. Существует стандартная батарея тестов, а также элемент проверки исходного кода, который необходимо пройти в течение нескольких недель. Стоимость проведения этих тестов в утвержденной лаборатории может быть значительной (например, более 30 000 долларов США) и не включает время, необходимое для написания, тестирования, документирования и подготовки модуля для проверки. После проверки модули должны быть повторно представлены и повторно оценены, если они каким-либо образом изменены. Это может варьироваться от простых обновлений документов, если функциональные возможности безопасности не изменились, до более существенного набора повторных проверок, если на функциональные возможности безопасности это изменение повлияло.

Вспомогательный код

Прежде чем приступить непосредственно к выполнению трех основных пунктов задания, надо подготовиться, то есть написать пару вспомогательных функций и подключить несколько заголовочных файлов. Эти файлы мы нашли в интернете, ведь ты не думал, что мы будем с нуля реализовывать криптографический госстандарт США. В этих файлах содержится куча полезных структур и алгоритмов, которые позволяют заниматься разработкой непосредственно класса, а не вникать в сложную математику AES. В большинстве случаев преподаватели сами предоставляют подобные куски кода, чтобы облегчить и без того тяжелую жизнь студента. Все эти файлы ты найдешь (а при желании и детально ознакомишься с их содержанием) на нашем
DVD.

Взглянем на листинг. Там как раз описаны две наши вспомогательные функции и один макрос.

// Для шифрования
void cycles(volatile unsigned __int64 *rtn)
{
#if defined(_MSC_VER)
__asm // считываем Pentium Time Stamp Counter
{ cpuid
rdtsc
mov ecx,rtn
mov ,eax
mov ,edx
cpuid
}
#else
#include <time.h>
time_t tt;
tt = time(NULL);
((unsigned long*)rtn) = tt;
((unsigned long*)rtn) = tt & -36969l;
return;
#endif
}
#define RAND(a,b) (((a = 36969 * (a & 65535) + (a >> 16)) << 16) + \
(b = 18000 * (b & 65535) + (b >> 16)))

void FillRand(char *buf, const int len)
{
static unsigned long a, mt = 1, count = 4;
static char r;
int i;

if(mt) { mt = 0; cycles((unsigned __int64 *)a); }

for(i = 0; i < len; ++i)
{
if(count == 4)
{
*(unsigned long*)r = RAND(a, a);
count = 0;
}

buf = r;
}
}

Все это хозяйство служит для заполнения массива псевдослучайных чисел. Непосредственно же заполнением занимается эта функция:

Как ее использовать, ты узнаешь чуть позже. Макрос RAND(a,b) вычисляет псевдослучайное число, а функция cycles считывает число из таймера процессора. Все это войдет в cpp-файл с реализацией класса. Также нам надо включить еще три заголовочных файла:

Здесь, caes.h описывает наш класс; aes.h – один из тех файлов, что мы нашли в интернете; stdio.h — говорить стыдно, все и так должны знать, что это стандартный ввод/вывод в
C.

Шифрование файла

Настало время заняться функцией шифрования. Прототип ее выглядит так:

Содержимое из файла inFileName будет шифроваться ключом secretKey и записываться в файл outFileName. Код этой функции частично представлен в листинге.

int CAes::encryptFile(std::string inFileName, std::string outFileName, std::string secretKey)
{
gen_tabs();

unsigned long i = 0;
int by = 0, key_len, err = 0;
const char* cKey = secretKey.c_str();
char ch,key;

const char* cp = &cKey; // указатель на символ в key

i = 0; // счетчик обработанных цифр

while(i < 64 && *cp) // максимальная длина ключа — 32 байта и,
{ // следовательно, максимум 64 шестнадцатеричные цифры
ch = toupper(*cp++);
if(ch >= ‘0’ && ch <= ‘9’)
by = (by << 4) + ch — ‘0’;
else if(ch >= ‘A’ && ch <= ‘F’)
by = (by << 4) + ch — ‘A’ + 10;
else // ошибка, если символ не шестнадцатеричная цифра
return -2;

// запоминаем байт ключа для каждой пары шестнадцатеричных цифр
if(i++ & 1)
key[i / 2 — 1] = by & 0xff;
}

if(*cp)
return -3;
else
if(i < 32 || (i & 15))
return -4;

key_len = i / 2;

int encrypted = 0;

FILE* inFile = fopen(inFileName.c_str(), «rb»);
if (!inFile)
return -5;

FILE* outFile = fopen(outFileName.c_str(), «wb»);

if (!outFile)
return -5;

aes_encrypt_ctx ctx;

aes_encrypt_key((unsigned char*)key, key_len, ctx);

/* далее идет непосредственно алгоритм шифрования; в этом листинге он опускается по причине громоздкости; полную версию функции можно увидеть на диске, прилагаемом к журналу, в файле caes.cpp */

// закрываем файлы, чтобы сохранить информацию в них
fclose(inFile);
fclose(outFile);
return 0;
}

Весь код, к сожалению, мы привести не можем, поскольку он занял бы значительный объем статьи; полностью ты найдешь его только на нашем диске. 

Здесь первым делом мы объявляем и инициализируем несколько переменных. Затем в цикле проверяем корректность введенного ключа, а поскольку передается он в функцию в виде строки, то должен содержать лишь цифры от 0 до 9 и латинские буквы от A до F. Кроме этого, дополнительно мы проверяем длину ключа. После этого открываем входной и выходной файлы и проводим предварительную инициализацию нужных нам структур. Далее в листинге должен идти код шифрования, но, как мы уже говорили, он опущен. Вот и все, главное — после шифрации не забыть корректно закрыть файлы, чтобы сохранить все изменения.

Методы

	Освобождает все ресурсы, используемые классом SymmetricAlgorithm.Releases all resources used by the SymmetricAlgorithm class. (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)
	Создает криптографический объект, используемый для выполнения симметричного алгоритма.Creates a cryptographic object that is used to perform the symmetric algorithm.
	Создает криптографический объект, задающий реализацию AES для выполнения симметричного алгоритма.Creates a cryptographic object that specifies the implementation of AES to use to perform the symmetric algorithm.
	Создает объект-дешифратор для алгоритма симметричного шифрования с текущим свойством и вектором инициализации ().Creates a symmetric decryptor object with the current property and initialization vector (). (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)
	При переопределении в производном классе создает объект-дешифратор для алгоритма симметричного шифрования с заданным свойством и вектором инициализации ().When overridden in a derived class, creates a symmetric decryptor object with the specified property and initialization vector (). (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)
	Создает объект-шифратор для алгоритма симметричного шифрования с текущим свойством и вектором инициализации ().Creates a symmetric encryptor object with the current property and initialization vector (). (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)
	При переопределении в производном классе создает объект-шифратор для алгоритма симметричного шифрования с заданным свойством и вектором инициализации ().When overridden in a derived class, creates a symmetric encryptor object with the specified property and initialization vector (). (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)
	Освобождает все ресурсы, используемые текущим экземпляром класса SymmetricAlgorithm.Releases all resources used by the current instance of the SymmetricAlgorithm class. (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)
	Освобождает неуправляемые ресурсы, используемые объектом SymmetricAlgorithm, а при необходимости освобождает также управляемые ресурсы.Releases the unmanaged resources used by the SymmetricAlgorithm and optionally releases the managed resources. (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)
	Определяет, равен ли указанный объект текущему объекту.Determines whether the specified object is equal to the current object. (Унаследовано от Object)
	При переопределении в производном классе генерирует случайный вектор инициализации (), используемый для алгоритма.When overridden in a derived class, generates a random initialization vector () to use for the algorithm. (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)
	При переопределении в производном классе генерирует случайный ключ (), используемый для алгоритма.When overridden in a derived class, generates a random key () to use for the algorithm. (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)
	Служит хэш-функцией по умолчанию.Serves as the default hash function. (Унаследовано от Object)
	Возвращает объект Type для текущего экземпляра.Gets the Type of the current instance. (Унаследовано от Object)
	Создает неполную копию текущего объекта Object.Creates a shallow copy of the current Object. (Унаследовано от Object)
	Возвращает строку, представляющую текущий объект.Returns a string that represents the current object. (Унаследовано от Object)
	Определяет, является ли заданный размер ключа допустимым для текущего алгоритма.Determines whether the specified key size is valid for the current algorithm. (Унаследовано от SymmetricAlgorithm)

Неповторимая IDEA

«Мне кажется, это самый лучший и надежный блочный алгоритм, опубликованный до настоящего времени», — говорит Брюс Шнайер об алгоритме IDEA.

Действительно, IDEA отличается высокой стойкостью благодаря своим многочисленным математическим операциям. Кроме того, к достоинствам данного алгоритма относится высокая скорость зашифрования — почти в два раза выше, чем у алгоритма DES (в зависимости от платформы, на которой выполняется шифрование). Однако скорость расшифровки снижается из-за тяжелых операций вычисления, обратных умножению по модулю (216 + 1).

Разумеется, и на этот сложный шифр мудрые криптографы пытались провести всевозможные атаки. Успеха достиг Пол Хокер, который реализовал атаку, предполагая, что криптоаналитик не имеет прямого доступа к искомому ключу (например, ключ прошит в каком-либо аппаратном шифраторе или смарт-карте), но может изменять определенным образом различные фрагменты ключа.

Алгоритм IDEA не стал международным стандартом шифрования, как того желали его авторы. Однако его можно считать одним из наиболее распространенных в мире алгоритмов шифрования. IDEA используется во множестве приложений, в том числе в широко известном и распространенном протоколе защиты данных PGP.

Теоретические сведения

В ходе исследования способов связки аппаратного шифрования на FPGA и пользовательских программ мы на некоторое время застряли в изучении матчасти и думаем, что имеет смысл изложить здесь некоторые основные моменты.

Ядро Linux

В ядре Linux реализовано множество криптографических алгоритмов: и симметричные шифры, и хеши, и режимы работы блочных шифров. Всё это может использоваться самим ядром: например, для шифрования дисков (dm-crypt) или работы VPN (IPsec). Обеспечением унифицированного доступа к криптографическим функциям занимается Kernel CryptoAPI, котороый позволяет драйверам регистрировать аппаратные реализации соответствующих алгоритмов.

Пользовательские программы также могут обращаться к CryptoAPI. Одним из интерфейсов, предоставляющих такую возможность, является сокет address family и библиотека-обёртка над ним libkcapi. Основной конкурент — модуль ядра (доступ к CryptoAPI через символьное устройство ).

По словам авторов , их решение намного производительнее, чем (см. сравнение).

На схеме показано CryptoAPI, где зарегистрированы две реализации AES-128: программная и аппаратная, обращение к которой происходит через соответствующий драйвер.

Осуществить запрос к CryptoAPI могут, к примеру, , а также модули и . Оба дают пользовательским программам возможность обращаться к криптографической подсистеме ядра, первый — через семейство адресов, второй — через символьное устройство.

Как правило, это выполняется прозрачно: CryptoAPI само, получая запрос, выбирает, какой реализацией пользоваться, однако при желании можно узнать некоторые детали его работы через файл . В нём заданы, в частности, такие поля:

• — название реализуемого алгоритма.
• — уникальное название отдельной реализации алгоритма. Те из них, которые оканчиваются на , обычно являются стандартными программными реализациями в ядре.
• — приоритет. Если у ядра есть несколько реализаций одного и того же алгоритма, оно выберет реализацию с наивысшим приоритетом. Каждый драйвер сам назначает произвольный приоритет при регистрации алгоритма. Выбирается реализация, у которой значение приоритета наибольшее.

Userspace

CryptoAPI, несмотря на то, что уже является высокоуровневой абстракцией, имеет ещё одну обёртку: в userspace мало кто обращается к нему напрямую и большинство программ предпочитает использование библиотек, к примеру, и из проекта . Ими пользуются, например, , и, вполне ожидаемо, . Эти библиотеки поддерживают engines, — то, что обычно называется плагинами, механизмы добавления новых реализаций алгоритмов криптографии.

Разработчиками уже написаны engines для шифрования в ядре через и . Поэтому множество программ автоматически получают доступ к аппаратной реализации криптоалгоритма, если она зарегистрирована в CryptoAPI.

На схеме изображены несколько программ, которые пользуются криптографическими функциями, предоставленными в библиотеках и , способных обратиться к CryptoAPI через или . К примеру, в для того и другого заданы и соответственно.

Оглавление:

1. Java Cryptography
2. Cipher
3. MessageDigest
4. Mac
5. Signature
6. KeyPair
7. KeyGenerator
8. KeyPairGenerator
9. KeyStore
10. Keytool
11. Certificate
12. CertificateFactory
13. CertPath

Java Cryptography

Java Cryptography API предоставляют возможность зашифровывать и расшифровывать данные в java, а также управлять ключами, подписями и осуществлять аутентификацию (проверка подлинности) сообщений, вычислять криптографические хэши и многое другое.

В этой статье объясняются основы того, как пользоваться Java Cryptography API для выполнения различных задач в которых требуется безопасное шифрование.

В этой статье не объясняются основы криптографической теории. Вам придется посмотреть эту информацию где-нибудь еще.

Новые вызовы — новый конкурс

• блок данных должен иметь фиксированный размер 128 бит;
• алгоритм должен поддерживать как минимум три размера ключей: 128, 192 и 256 бит.

1. способность противостоять любым криптоаналитическим атакам, известным на момент проведения конкурса, включая атаки по сторонним каналам;
2. отсутствие слабых и эквивалентных ключей шифрования (под эквивалентными подразумеваются такие ключи, которые, хотя и имеют значительные отличия друг от друга, приводят к получению идентичных шифров);
3. скорость шифрования стабильна и примерно одинакова на всех актуальных платформах (от 8- до 64-битных);
4. оптимизация под многопроцессорные системы, поддержка распараллеливания операций;
5. минимальные требования к объему оперативной памяти;
6. отсутствие ограничений для использования в стандартных сценариях (в качестве основы для построения хэш-функций, ГПСЧ и т. д.);
7. структура алгоритма должна быть обоснованной и простой для понимания.

1. CAST-256, разработанный канадской компанией Entrust Technologies на базе CAST-128, созданного Карлайлом Адамсом и Стаффордом Таваресом;
2. Crypton, созданный криптологом Че Хун Лим из южнокорейской компании Future Systems, занятой в сфере кибербезопасности;
3. DEAL, концепт которого изначально предложил датский математик Ларс Кнудсен, а впоследствии его идеи развил Ричард Аутербридж, который и подал заявку на участие в конкурсе;
4. DFC, совместный проект Парижской высшей педагогической школы, Национального центра научных исследований Франции (CNRS) и телекоммуникационной корпорации France Telecom;
5. E2, разработанный под эгидой крупнейшей телекоммуникационной компании Японии Nippon Telegraph and Telephone;
6. FROG, детище коста-риканской компании Tecnologia Apropriada Internacional;
7. HPC, придуманный американским криптологом и математиком Ричардом Шреппелем из Университета Аризоны;
8. LOKI97, созданный австралийскими криптографами Лоуренсом Брауном и Дженнифер Себерри;
9. Magenta, разработанный Майклом Якобсоном и Клаусом Хубером для немецкой телекоммуникационной компании Deutsche Telekom AG;
10. MARS от компании IBM, в создании которого принимал участие Дон Копперсмит — один из авторов Lucifer;
11. RC6, написанный Роном Ривестом, Мэттом Робшау и Рэем Сиднеем специально для конкурса AES;
12. Rijndael, созданный Винсентом Рэйменом и Ёханом Даменом из Лёвенского католического университета;
13. SAFER+, разработанный калифорнийской корпорацией Cylink совместно с Национальной академией наук Республики Армения;
14. Serpent, созданный Россом Андерсоном, Эли Бихамом и Ларсом Кнудсеном;
15. Twofish, разработанный исследовательской группой Брюса Шнайера на базе криптографического алгоритма Blowfish, предложенного Брюсом еще в 1993 году.

Rijndael

Категория	Serpent	Twofish	MARS	RC6	Rijndael
Криптостойкость	+	+	+	+	+
Запас криптостойкости	++	++	++	+	+
Скорость шифрования при программной реализации	—	±	±	+	+
Скорость расширения ключа при программной реализации	±	—	±	±	+
Смарт-карты с большим объемом ресурсов	+	+	—	±	++
Смарт-карты с ограниченным объемом ресурсов	±	+	—	±	++
Аппаратная реализация (ПЛИС)	+	+	—	±	+
Аппаратная реализация (специализированная микросхема)	+	±	—	—	+
Защита от атак по времени выполнения и потребляемой мощности	+	±	—	—	+
Защита от атак по потребляемой мощности на процедуру расширения ключа	±	±	±	±	—
Защита от атак по потребляемой мощности на реализации в смарт-картах	±	+	—	±	+
Возможность расширения ключа «на лету»	+	+	±	±	±
Наличие вариантов реализации (без потерь в совместимости)	+	+	±	±	+
Возможность параллельных вычислений	±	±	±	±	+

Что такое WPA2 и WPA3

WPA2 — это вторая версия стандарта безопасности беспроводной связи. Дословно аббревиатура расшифровывается как Wi-Fi Protected Access — защищенный доступ к Wi-Fi. Стандарт включает в себя ряд протоколов и алгоритмов шифрования.

Предшественниками были WPA и WEP.

WPA3 — долгожданное обновление, которое пока мало распространено, но уже встречается на рынке маршрутизаторов. По сравнении с предшественником, отмечу преимущества:

• улучшенная защита от подбора пароля методами словарного перебора;
• шифрование данных, независимо от пароля;
• обеспечение безопасного подключения умной техники (холодильники, телевизоры и.т.п.);
• добавление 192-битного шифрования, что значительно повышает уровень безопасности.

Encryption Process

Here, we restrict to description of a typical round of AES encryption. Each round comprise of four sub-processes. The first round process is depicted below −

Byte Substitution (SubBytes)

The 16 input bytes are substituted by looking up a fixed table (S-box) given in design. The result is in a matrix of four rows and four columns.

Shiftrows

Each of the four rows of the matrix is shifted to the left. Any entries that ‘fall off’ are re-inserted on the right side of row. Shift is carried out as follows −

• First row is not shifted.

• Second row is shifted one (byte) position to the left.

• Third row is shifted two positions to the left.

• Fourth row is shifted three positions to the left.

• The result is a new matrix consisting of the same 16 bytes but shifted with respect to each other.

MixColumns

Each column of four bytes is now transformed using a special mathematical function. This function takes as input the four bytes of one column and outputs four completely new bytes, which replace the original column. The result is another new matrix consisting of 16 new bytes. It should be noted that this step is not performed in the last round.

Addroundkey

The 16 bytes of the matrix are now considered as 128 bits and are XORed to the 128 bits of the round key. If this is the last round then the output is the ciphertext. Otherwise, the resulting 128 bits are interpreted as 16 bytes and we begin another similar round.

Определения и вспомогательные процедуры

Определения

Block	последовательность бит, из которых состоит input, output, State и Round Key. Также под Block можно понимать последовательность байт
Cipher Key	секретный, криптографический ключ, который используется Key Expansion процедурой, чтобы произвести набор ключей для раундов(Round Keys); может быть представлен как прямоугольный массив байтов, имеющий четыре строки и Nk колонок.
Ciphertext	выходные данные алгоритма шифрования
Key Expansion	процедура используемая для генерации Round Keys из Cipher Key
Round Key	Round Keys получаются из Cipher Key используя процедуру Key Expansion. Они применяются к State при шифровании и расшифровании
State	промежуточный результат шифрования, который может быть представлен как прямоугольный массив байтов имеющий 4 строки и Nb колонок
S-box	нелинейная таблица замен, использующаяся в нескольких трансформациях замены байт и в процедуре Key Expansion для взаимнооднозначной замены значения байта
Nb	число столбцов(32-ух битных слов), составляющих State. Для, AES Nb = 4
Nk	число 32-ух битных слов, составляющих шифроключ. Для AES, Nk = 4,6, или 8
Nr	число раундов, которое является функцией Nk и Nb. Для AES, Nr = 10, 12, 14
Rcon[]	массив, который состоит из битов 32-х разрядного слова и является постоянным для данного раунда

Вспомогательные процедуры

AddRoundKey()	трансформация при шифровании и обратном шифровании, при которой Round Key XOR’ится c State. Длина RoundKey равна размеру State(те, если Nb = 4, то длина RoundKey равна 128 бит или 16 байт)
InvMixColumns()	трансформация при расшифровании которая является обратной по отношению к MixColumns()
InvShiftRows()	трансформация при расшифровании которая является обратной по отношению к ShiftRows()
InvSubBytes()	трансформация при расшифровании которая является обратной по отношению к SubBytes()
MixColumns()	трансформация при шифровании которая берет все столбцы State и смешивает их данные (независимо друг от друга), чтобы получить новые столбцы
RotWord()	функция, использующаяся в процедуре Key Expansion, которая берет 4-х байтное слово и производит над ним циклическую перестановку
ShiftRows()	трансформации при шифровании, которые обрабатывают State, циклически смещая последние три строки State на разные величины
SubBytes()	трансформации при шифровании которые обрабатывают State используя нелинейную таблицу замещения байтов(S-box), применяя её независимо к каждому байту State
SubWord()	функция, используемая в процедуре Key Expansion, которая берет на входе четырёх-байтное слово и применяя S-box к каждому из четырёх байтов выдаёт выходное слово

Аппаратные соединения

Стандарт AES3 соответствует части 4 международного стандарта IEC 60958. Из физических типов межсоединений, определенных в IEC 60958, обычно используются два.

IEC 60958 тип I

Разъемы XLR, используемые для соединений IEC 60958 типа I.

Для соединений типа I используется симметричная 3-проводная витая пара на 110 Ом с разъемами XLR . Соединения типа I чаще всего используются в профессиональных установках и считаются стандартными разъемами для AES3. Аппаратный интерфейс обычно реализуется с помощью линейных драйверов и приемников RS-422 .

Концы разъема типа I

	Конец кабеля	Конец устройства
Ввод	Штекер XLR	XLR гнездовой разъем
Выход	Штекер XLR с внутренней резьбой	Штекер XLR

IEC 60958 тип II

IEC 60958 Type II определяет несбалансированный электрический или оптический интерфейс для приложений бытовой электроники . Предшественником спецификации IEC 60958 Type II был цифровой интерфейс Sony / Philips или S / PDIF . Оба были основаны на оригинальной работе AES / EBU. S / PDIF и AES3 взаимозаменяемы на уровне протокола, но на физическом уровне они определяют разные уровни электрических сигналов и импедансы , которые могут быть значительными в некоторых приложениях.

Разъем BNC

Разъем BNC, используемый для соединений AES-3id.

Сигналы AES / EBU также могут передаваться через несимметричные разъемы BNC a с коаксиальным кабелем на 75 Ом. Несбалансированная версия имеет очень большое расстояние передачи по сравнению с максимумом 150 метров для сбалансированной версии. Стандарт AES-3id определяет электрический вариант AES3 с BNC сопротивлением 75 Ом . При этом используются те же кабели, коммутация и инфраструктура, что и для аналогового или цифрового видео, и поэтому широко распространено в индустрии вещания.

Проверка работы

И в заключение напишем маленькую программку, которая будет шифровать/дешифровать файлы. Для этого нам понадобится консольный проект (я использовал Visual Studio 2003). Включим в проект файлы нашего недавно созданного класса и то, что мы скачали из интернета (aes.h, aeskey.c, aescrypt.c, aesopt.h, aestab.c, aestab.h). Проект мы назвали AES_demo, а потому и главный cpp-файл называется aes_demo.cpp. В нем мы подключим caes.h и определим 256-битный ключ шифрования.

Чтобы зашифровать какой-либо файл, надо запустить программу со следующими параметрами:

AES_demo.exe /encrypt not_crypt_file.txt crypt_file.txt

После такого вызова в crypt_file.txt мы увидим зашифрованное содержимое not_crypt_file.txt. Для дешифровки надо вбить в командную строку следующее:

AES_demo.exe /decrypt crypt_file.txt decrypt_file.txt

Если ты посмотришь на исходный код функции main, то увидишь, что мы просто проверяем количество аргументов, передаваемых программе, и затем вызываем соответствующие функции. Теперь ты можешь попробовать собрать проект (правда, в готовом виде он уже есть на диске). После того как проект успешно скомпилирован, можно приступать непосредственно к тестированию. Если ты все сделал правильно, то после шифровки и расшифровки файла его содержимое должно остаться без изменений.

AES или TKIP: что лучше

AES и TKIP это методы шифрования, которые входят в состав стандарта безопасности WPA2. TKIP (протокол целостности временного ключа) является более старым. Использует для шифрования данных 128-битный ключ, что равносильно 500 миллиардам возможных вариаций. Несмотря на кажущуюся внушительность цифры, это не самый лучший показатель. К тому же есть некоторые уязвимости, которые теоретически могут позволить хакерам расшифровать ключ при перехвате достаочного количества трафика.

AES расшифровывается как симметричный алгоритм блочного шифрования. Он представляет из себя 128-битный, 192-битный или 256-битный блочный шифр, который не имеет ни одной из тех уязвимостей, которые есть у TKIP. Даже 128-битный шифр обеспечивает высокую надежность, так как для его расшифровки требуются значительные вычислительные мощности и может уйти несколько сотен лет для расшифровки.

Что быстрее работает

TKIP может замедлить работу Wi-Fi сети, поэтому большинство современных маршрутизаторов используют WPA2-AES. Например, при шифровании WPA-TKIP, максимальная скорость не будет превышать 54 Мбит/с. В то время, как стандарт 802.11ac с шифрованием WPA2-AES предполагает теоретически максимальную скорость до 3,46 Гбит/с.

Так что выбор очевиден. AES обеспечивает более высокую скорость и лучшую безопасность, которой доверяют крупнейшие мировые организации в своих Wi-Fi сетях.

Приписка PSK (Personal Security Key) к стандарту расшифровывается как персональный ключ безопасности и рекомендуется для использования в домашних беспроводных сетях.

Встречается также ESK (Enterprise Security Key) — корпоративный меняющийся ключ. Если в случае WPA2-PSK для всех подключенных устройств будет один пароль, то при использовании WPA2-ESK для каждого устройства выдается свой ключ, который обычно еще и автоматически меняется через какое-то время. Подключение при этом не прерывается, а за раздачу персональных ключей отвечает отдельный сервер авторизации — RADIUS.