加密技術(shù)原理：簡單了解AES加密標準

來源：超時代軟件     更新時間：2018年07月25日 18:06:51

隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，信息傳輸及存儲的安全問題成為影響因特網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展的重要因素。信息安全技術(shù)也就成為了人們研究因特網(wǎng)應(yīng)用的新熱點。 信息安全的研究包括密碼理論與技術(shù)、安全協(xié)議與技術(shù)、安全體系結(jié)構(gòu)理論、信息對抗理論與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全與安全產(chǎn)品等領(lǐng)域，其中密碼算法的理論與實現(xiàn)研究是信息安全研究的基礎(chǔ)。

AES加密標準
1977年1月公布的數(shù)據(jù)加密標準DES(Data Encrption Standard)經(jīng)過20年的實踐應(yīng)用后，現(xiàn)在已被認為是不可靠的。1997年1月美國國家標準和技術(shù)研究所(NIST)發(fā)布了高級加密標準(AES- FIPS)的研發(fā)計劃，并于同年9月正式發(fā)布了征集候選算法公告，NIST希望確定一種保護敏感信息的公開、免費并且全球通用的算法作為AES，以代替DES。NIST對算法的基本要求是：算法必須是私鑰體制的分組密碼，支持128位分組長度和129、192、256bits密鑰長度。

AES的研究現(xiàn)狀
從1997年NIST發(fā)布了高級加密標準AES的研發(fā)計劃到現(xiàn)在，對AES的研究大致可以分成三個階段。第一階段是從1997到2000年，研究的主要方向是提出候選算法并對各候選算法的性能進行分析。在此期間共提出了十五個候選算法，最終Rijndael算法勝出并用于AES中。Rijndael算法是一種可變分組長度和密鑰長度的迭代型分組密碼，它的分組長度和密鑰長度均可獨立地指定為128bits、192bits、256bits，它以其多方面的優(yōu)良性能，成為AES的最佳選擇。Rijndael算法能抵抗現(xiàn)在的所有己知密碼攻擊，它的密鑰建立時間極短且靈活性強，它極低的內(nèi)存要求使其非常適合在存儲器受限的環(huán)境中使用，并且表現(xiàn)出很好的性能。第二階段是從2000年Rijndael算法勝出后到2001年NIST發(fā)布FIPS PUBS 197文件前。在此階段對AES的研究轉(zhuǎn)到了對Rijndael算法的研究和分析、設(shè)計AES的工作模式上。第三階段是從FIPS PUBS 197發(fā)布到現(xiàn)在。在此階段，研究的方向可以分成兩個主要方向：一個是繼續(xù)研究Rijndael算法本身的性能，特別是其安全性分析；另一個就是AES的實現(xiàn)和應(yīng)用的研究。

算法設(shè)計主要研究算法設(shè)計遵循的原則和整體結(jié)構(gòu)，為性能分析提供了一條途徑。從算法的結(jié)構(gòu)上分析算法性能是簡單有效的，研究算法整體結(jié)構(gòu)上的缺陷為提出新的密碼分析方法提供新的手段。另一方面，研究AES的算法設(shè)計對研發(fā)新的分組密碼提供了設(shè)計原則和參考。目前分組數(shù)據(jù)加密算法的整體結(jié)構(gòu)有兩大類：Feistel網(wǎng)絡(luò)、非平衡Feistel網(wǎng)絡(luò)和SP網(wǎng)絡(luò)。

性能分析主要研究算法的各項特性，性能分析主要可以分為實現(xiàn)分析和密碼分析兩類。實現(xiàn)分析主要研究AES算法可實現(xiàn)的能力。當(dāng)前實現(xiàn)性分析主要集中在AES的硬、軟件實現(xiàn)的難易度和實現(xiàn)算法的效率等領(lǐng)域中。密碼分析則是在理論上對現(xiàn)有加密算法進行研究的主要方向。密碼分析主要研究AES算法抵抗現(xiàn)有己知密碼攻擊的能力，即算法的安全性分析。當(dāng)前主要攻擊手段有：強力攻擊、差分密碼分析、 線性密碼分析、Square攻擊和插值攻擊等。

但是隨著密碼分析技術(shù)的不斷發(fā)展，積分分析、功耗分析和代數(shù)攻擊等新的密碼分析手段陸續(xù)出現(xiàn)。它們己成為密碼分析新的研究方向。

AES的實現(xiàn)
對于AES實現(xiàn)的研究主要集中在軟件實現(xiàn)和硬件實現(xiàn)兩個領(lǐng)域中。AES標準所選擇的Rijndael算法遵循了分組密碼設(shè)計的實現(xiàn)性原則，十分方便在軟、硬件上實現(xiàn)。從AES實現(xiàn)的角度上看，當(dāng)前研究的主要方向在各個算法步驟的優(yōu)化實現(xiàn)。算法步驟針對不同的實現(xiàn)環(huán)境進行優(yōu)化后，在應(yīng)用中能獲取更好的實際數(shù)據(jù)加密效果。其主要的研究成果集中在S-盒的生成算法優(yōu)化、輪變換過程優(yōu)化和密鑰擴展優(yōu)化三個方面。下面就軟件實現(xiàn)和硬件實現(xiàn)在這三個方面的研究現(xiàn)狀做一個簡單介紹：

(1) 在微機上通過軟件實現(xiàn)。這是利用AES算法保障計算機信息安全，特別是網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸與存儲安全的主要途徑。在軟件實現(xiàn)中，輪變換過程優(yōu)化則是軟件實現(xiàn)算法優(yōu)化的主要研究方向。密鑰擴展優(yōu)化也是研究的重點之一。AES所提供的密鑰擴展方案保證了密鑰擴展過程中的雪崩效應(yīng)，也保證了密鑰擴展方案的易實現(xiàn)性。此外，將其他的理論研究應(yīng)用到分組數(shù)據(jù)加密算法中，也是實現(xiàn)研究的一個重要方向。

(2) 通過硬件芯片實現(xiàn)。AES算法對于存儲空間的要求較小，算法過程相對比較簡單，特別是經(jīng)過有針對性的實現(xiàn)算法優(yōu)化和精簡后很易于利用硬件電路實現(xiàn)，因此現(xiàn)在許多相關(guān)的商業(yè)產(chǎn)品都是基于密碼芯片的。

AES研究意義
目前，DES加密標準正在逐漸淡出加密標準的舞臺，新加密標準AES正在獲得越來越多的重視及應(yīng)用。面對未來的發(fā)展，對AES產(chǎn)品的需求是非常巨大的。因此，對AES實現(xiàn)的探討和研究具有很大的理論意義和實踐意義。
現(xiàn)在市場上的，大多數(shù)加密軟件，都應(yīng)用到AES加密技術(shù)，其中大黃蜂視頻加密軟件，就其中的佼佼者。
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