Indice dei contenuti
- La storia di AES e i suoi sviluppatori
- Come funziona AES
- Decifratura AES
- Robustezza e sicurezza
- Lunghezze delle chiavi AES
- Il ruolo dell’S-Box in AES
- Confronto tra AES e Triple DES
- Applicazioni di AES
- La sicurezza di AES
La crittografia AES, o Advanced Encryption Standard, è un algoritmo di crittografia a blocchi simmetrico sviluppato per garantire la sicurezza dei dati. Utilizzato in molteplici applicazioni, dalle comunicazioni militari alla protezione dei dati personali, AES rappresenta uno dei metodi più sicuri e affidabili per cifrare le informazioni.
La storia di AES e i suoi sviluppatori
AES è stato sviluppato da Joan Daemen e Vincent Rijmen, due crittografi belgi, e fu selezionato dal National Institute of Standards and Technology (NIST) degli Stati Uniti nel 2001 come successore del Data Encryption Standard (DES).
L’obiettivo principale era creare un algoritmo che fosse non solo sicuro ma anche efficiente in termini di prestazioni.
Come funziona AES
AES, o Advanced Encryption Standard, è un algoritmo di crittografia a blocchi simmetrico che opera su blocchi di dati di 128 bit utilizzando chiavi di lunghezza variabile: 128, 192 e 256 bit. Il funzionamento di AES può essere suddiviso in diverse fasi principali: l’espansione della chiave, i cicli di cifratura e la fase finale.
L’espansione della chiave
Prima di iniziare la cifratura, AES esegue un processo chiamato espansione della chiave. Questo processo genera una serie di chiavi di round a partire dalla chiave iniziale. La chiave originale viene estesa in più chiavi di round, ciascuna delle quali viene utilizzata in un ciclo di cifratura.
- Per una chiave di 128 bit, vengono generate 11 chiavi di round;
- Per una chiave di 192 bit, 13 chiavi di round;
- Per una chiave di 256 bit, 15 chiavi di round.
Questa espansione è cruciale per la sicurezza dell’algoritmo, in quanto rende più difficile per un attaccante predire le chiavi utilizzate in ciascun ciclo di cifratura.
I cicli di cifratura
AES esegue una serie di trasformazioni sui dati in input attraverso una sequenza di cicli di cifratura. Ogni ciclo di cifratura include quattro operazioni fondamentali:
- SubBytes
In questa fase, ogni byte del blocco di dati viene sostituito utilizzando una tabella di sostituzione fissa chiamata S-Box (Substitution Box). L’S-Box introduce non linearità nel processo di cifratura, aumentando la resistenza dell’algoritmo contro attacchi crittoanalitici.
- ShiftRows
In questa fase, le righe della matrice di dati vengono ciclicamente spostate. Ogni byte nella riga viene spostato verso sinistra di un certo numero di posizioni. Questo passaggio contribuisce a diffondere i byte cifrati in tutto il blocco, aumentando la sicurezza.
- MixColumns
In questa fase, le colonne della matrice di dati vengono combinate utilizzando trasformazioni matematiche lineari. Questa operazione mescola ulteriormente i dati, garantendo che ogni byte nel blocco dipenda da tutti gli altri byte, migliorando la confusione e la diffusione.
- AddRoundKey
In questa fase, ogni byte del blocco di dati viene combinato con una chiave di round generata durante l’espansione della chiave. Questo passaggio aggiunge un ulteriore livello di sicurezza, assicurando che i dati cifrati siano strettamente legati alla chiave di cifratura utilizzata.
La fase finale
Dopo aver completato il numero richiesto di cicli di cifratura (10 per chiavi di 128 bit, 12 per chiavi di 192 bit e 14 per chiavi di 256 bit), AES esegue un ultimo ciclo di cifratura, che è simile ai precedenti ma omette l’operazione di MixColumns. Questa fase finale produce il blocco di dati cifrato finale, che può essere successivamente decifrato utilizzando la chiave originale.
Decifratura AES
Il processo di decifratura in AES è l’inverso del processo di cifratura. Utilizzando le chiavi di round generate durante l’espansione della chiave, AES applica le operazioni inverse: InvSubBytes, InvShiftRows, InvMixColumns e AddRoundKey. Questo processo riporta i dati cifrati al loro stato originale, consentendo la corretta decifratura solo a chi possiede la chiave corretta.
Robustezza e sicurezza
La robustezza di AES deriva dalla combinazione delle operazioni di sostituzione, permutazione, espansione delle chiavi e rotazione dei bit. La struttura a blocchi e la lunghezza variabile delle chiavi rendono AES altamente resistente agli attacchi crittografici, inclusi attacchi di forza bruta, analisi lineare e differenziale. Inoltre, l’adozione diffusa di AES in numerosi protocolli di sicurezza e applicazioni testimonia la fiducia globale nella sua capacità di proteggere i dati sensibili.
Lunghezze delle chiavi AES
Le chiavi AES possono essere di tre dimensioni: 128 bit, 192 bit e 256 bit. La sicurezza dell’algoritmo aumenta con la lunghezza della chiave, rendendo più difficile per gli attaccanti decifrare i dati senza la chiave corretta.
- AES-128: Utilizza una chiave di 128 bit e richiede 10 cicli di cifratura.
- AES-192: Utilizza una chiave di 192 bit e richiede 12 cicli di cifratura.
- AES-256: Utilizza una chiave di 256 bit e richiede 14 cicli di cifratura.
Il ruolo dell’S-Box in AES
Un componente cruciale di AES è l’S-Box (Substitution Box), una tabella di sostituzione utilizzata per sostituire byte specifici durante il processo di cifratura. L’S-Box è progettato per essere altamente non lineare, aumentando la complessità della cifratura e migliorando la sicurezza dell’algoritmo.
Confronto tra AES e Triple DES
Prima di AES, Triple DES era l’algoritmo standard utilizzato per la crittografia. Tuttavia, Triple DES, che applica il DES tre volte di seguito, risulta meno efficiente rispetto ad AES. AES, con il suo design moderno e la capacità di utilizzare chiavi più lunghe, offre un livello di sicurezza superiore e una maggiore efficienza computazionale.
Applicazioni di AES
AES è ampiamente utilizzato in vari settori. Nel governo degli Stati Uniti, è stato approvato per proteggere informazioni fino al livello di classificazione “top secret“. Inoltre, AES è implementato in numerosi protocolli di sicurezza internet come SSL/TLS, nelle reti Wi-Fi tramite WPA2, e nelle applicazioni di cifratura dei dati su disco.
La sicurezza di AES
AES è considerato estremamente sicuro, tanto che non esistono attualmente attacchi pratici in grado di comprometterlo quando utilizzato correttamente. La sua robustezza deriva dalla combinazione di operazioni di sostituzione, permutazione, espansione delle chiavi e rotazione dei bit.
Da quanto scritto possiamo concludere che la crittografia AES rappresenta un pilastro fondamentale nella sicurezza dei dati moderni. Grazie alla sua capacità di proteggere le informazioni sensibili con chiavi di 128, 192 e 256 bit, e alla sua adozione globale in molteplici applicazioni, AES continua a essere una scelta privilegiata per la cifratura dei dati.
Domande frequenti (FAQ)
1. Cos’è la crittografia AES?
La crittografia AES (Advanced Encryption Standard) è un algoritmo di crittografia a blocchi simmetrico utilizzato per proteggere i dati.
2. Chi ha sviluppato AES?
AES è stato sviluppato dai crittografi belgi Joan Daemen e Vincent Rijmen.
3. Quali sono le dimensioni delle chiavi utilizzate da AES?
AES utilizza chiavi di 128, 192 e 256 bit.
4. Come funziona l’algoritmo AES?
AES funziona utilizzando una rete di sostituzione e permutazione su blocchi di dati di 128 bit, applicando diverse trasformazioni con una chiave di cifratura.
5. Cos’è un S-Box in AES?
L’S-Box (Substitution Box) è una tabella di sostituzione utilizzata durante il processo di cifratura per sostituire byte specifici.
6. In cosa differisce AES da Triple DES?
AES è più moderno ed efficiente rispetto a Triple DES, offrendo una maggiore sicurezza con chiavi più lunghe e un design più avanzato.
7. Dove viene utilizzato AES?
AES è utilizzato in molte applicazioni, tra cui SSL/TLS per la sicurezza internet, WPA2 per le reti Wi-Fi e la cifratura dei dati su disco.
8. Qual è il livello di sicurezza di AES?
AES è considerato estremamente sicuro e non esistono attacchi pratici noti che possano comprometterlo quando implementato correttamente.
9. Cos’è il National Institute of Standards and Technology (NIST)?
Il NIST è un’agenzia governativa degli Stati Uniti che ha selezionato AES come standard di crittografia.
10. Cos’è un symmetric block cipher?
Un symmetric block cipher è un tipo di algoritmo di crittografia che utilizza la stessa chiave per cifrare e decifrare i blocchi di dati.
