Шифрование AES (Advanced Encryption Standard) — это текущий криптографический стандарт, используемый и продвигаемый правительством США для защиты конфиденциальных данных. Он широко используется в сфере кибербезопасности, защиты ИТ-инфраструктуры и обеспечения безопасности коммуникаций.
В этом руководстве объясняется, что такое шифрование AES, как оно работает и где оно используется. Это также объясняет его важность для кибербезопасности и защиты ценных данных.
Введение в шифрование
Шифрование шифрует данные таким образом, что их может прочитать только предполагаемый получатель (у которого есть информация, необходимая для их расшифровки). Шифрование существует уже тысячи лет: от шифров, используемых в древности, до механических устройств шифрования, таких как Enigma и TypeX, использовавшихся в начале 20-го века, всегда существовала необходимость и механизм кодирования ваших сообщений, чтобы другие не могли их прочитать.
Шифрование жизненно важно для кибербезопасности и повседневной работы практически всего в современном мире. Поскольку Интернет представляет собой общедоступную сеть, состоящую из инфраструктуры, принадлежащей различным организациям в разных странах, незашифрованный трафик, передаваемый через нее, не является частным.
Шифрование делает выполнение задач, требующих конфиденциальности, например онлайн-банкинга, безопасным. Он также используется для защиты ваших коммуникаций и защищает файлы на ваших устройствах в случае их кражи.
Что такое шифрование AES (расширенный стандарт шифрования)?
Спецификация AES для шифрования данных была создана в 2001 году Национальным институтом стандартов и технологий (NIST), органом США, ответственным за технологические стандарты и поощрение инноваций.
AES был разработан как более быстрая и безопасная замена стандарту цифрового шифрования (DES), широко используемому в то время криптографическому алгоритму, который стал небезопасным. Хотя Triple DES решил некоторые проблемы безопасности (путем трехкратного повторения процесса шифрования DES), этот медленный и ресурсоемкий процесс стал причиной разработки AES.
AES — это вариант шифра Rijndael (иногда его называют Rijndael), названный в честь Винсента Реймена и Джоан Дэмен, бельгийских криптографов, которые предложили алгоритм шифрования NIST.
Поскольку AES является стандартом или спецификацией, его реализация зависит от другого программного обеспечения. Это не программный продукт сам по себе.
Как работает шифрование AES
AES — это блочный шифр. Он использует сеть подстановки-перестановки, которая принимает данные блоками фиксированного размера и неоднократно заменяет и переупорядочивает их для генерации зашифрованного текста (т. е. зашифрованных данных).
Ключи используются для шифрования (и дешифрования) данных. Размер ключа (количество битов в ключе) определяет, насколько безопасным является шифрование. AES поддерживает 128-битные, 192-битные и 256-битные ключи шифрования. 256-битные ключи обеспечивают максимальную безопасность и используются спецслужбами для шифрования своих секретов, а 192-битное и 128-битное шифрование AES используется для таких операций, как банковские операции и безопасный просмотр веб-страниц.
AES — это форма шифрования с симметричным ключом (в отличие от шифрования с асимметричным ключом), что означает, что один и тот же ключ используется как для шифрования, так и для дешифрования данных.
Этапы шифрования и дешифрования
Шаги по шифрованию данных по стандарту AES следующие:
- На основе исходного ключа шифрования (обычно пароля, предоставленного пользователем) генерируется серия «круглых ключей». Они будут использоваться в каждом раунде шифрования.
- Процесс шифрования начинается с объединения ключа шифрования с данными, подлежащими шифрованию, с помощью операции XOR.
- Данные шифруются в дополнительных «раундах» алгоритмом шифрования с использованием сети подстановки-перестановки. Этот шаг повторяется в зависимости от результата предыдущего раунда в зависимости от размера ключа. Он повторяется 10 раз для 128-битного шифрования, 12 раз для 192-битного шифрования и 14 раз для 256-битного шифрования AES.
- Последний раунд шифрования выполняется с использованием «ключа последнего раунда», в результате чего получается окончательное зашифрованное сообщение.
Действия по расшифровке данных по стандарту AES следующие:
- Чтобы начать обратный процесс скремблирования, выполняется операция XOR с использованием зашифрованных данных и ключа последнего раунда процесса шифрования.
- «Раунды» шифрования отменяются один за другим в обратном порядке.
- Последний раунд расшифровки расшифровывает данные с использованием исходного ключа шифрования, возвращая исходные данные.
Применение шифрования AES
Стандарт шифрования AES широко применяется в сфере кибербезопасности, включая шифрование данных и технологии безопасной связи.
- Шифрование файлов. Программное обеспечение для шифрования, такое как BitLocker и FileVault, использует AES для шифрования ваших файлов и дисков. Службы облачного хранения, такие как Dropbox, также используют AES для защиты загруженных данных.
- Шифрование устройства. И Android, и iOS (iPhone и iPad) используют AES для безопасности мобильных устройств, помогая предотвратить доступ к вашим потерянным или украденным устройствам.
- Шифрование беспроводной сети: протоколы безопасности Wi-Fi WPA2 и WPA3 шифруются с использованием AES.
- Безопасное общение. Приложения для безопасного обмена сообщениями (например, Signal и WhatsApp) шифруют сообщения с использованием AES для сквозного шифрования.
- Виртуальные частные сети (VPN): VPN-решения, которые безопасно соединяют удаленные сети через Интернет, шифруют их трафик с использованием стандарта AES. Сюда входят популярные продукты, реализующие OpenVPN.
AES также играет важную роль в соблюдении нормативных требований законов о конфиденциальности данных: европейский GDPR, калифорнийский CCPA и законы HIPAA, которые распространяются на поставщиков медицинских услуг в США, требуют соблюдения определенных стандартов защиты конфиденциальных данных клиентов, включая личную информацию (PII)..
Выполнение
Если вы не разрабатываете собственную библиотеку шифрования, вам не нужно самостоятельно писать код для реализации стандарта шифрования AES. Если вы хотите использовать безопасные продукты для связи и хранения файлов, вам просто нужно выбрать те, которые реализуют AES. AES может быть реализован программно или аппаратно (например, современные процессоры включают специальные наборы инструкций, ускоряющие шифрование AES).
Если вы разрабатываете программное обеспечение, существуют библиотеки, предлагающие шифрование AES, которые вы можете использовать в своих приложениях:
- Python: PyCryptodome
- JavaScript: crypto-js
- С++: crypto++
- Java: javax.crypto
- C#: System.Security.Cryptography
Всегда лучше полагаться на надежные библиотеки для обеспечения безопасности, включая шифрование и аутентификацию, когда это возможно, вместо того, чтобы пытаться написать безопасный код самостоятельно. Большое сообщество разработчиков, улучшающих и тестирующих проект, будет иметь гораздо больше шансов обнаружить какие-либо ошибки или уязвимости безопасности и выпустить исправления, устраняющие любые обнаруженные проблемы.
При разработке программного обеспечения, использующего алгоритмы AES, вы должны следовать лучшим практикам: генерировать надежные ключи, используя случайные данные, и регулярно их чередовать. Никогда не вписывайте ключи AES в исходный код программного обеспечения и всегда храните их отдельно от зашифрованных данных. Вы также должны обеспечить безопасную передачу ключей при передаче по сети и уничтожение, когда они больше не нужны.
Проблемы и ограничения
Хотя AES на данный момент безопасен, в будущем это может измениться. Вполне возможно (хотя и крайне маловероятно, если не будет обнаружена ошибка в алгоритме, особенно в случае 256-битного шифрования AES), что нынешние алгоритмы шифрования AES в какой-то момент будут взломаны с помощью квантовых компьютеров. Это привело бы к тому, что большой объем зашифрованных данных, которые считались безопасными и, возможно, уже просочились в Интернет, внезапно стали доступными для чтения (но, опять же, шансы на это очень и очень малы, учитывая силу алгоритма AES).
Хотя шифрование и дешифрование данных с использованием AES действительно увеличивает производительность приложений, а управление ключами может быть сложным, безопасность всегда стоит небольших потерь производительности и сложности реализации.
Будущее шифрования AES
AES никуда не денется и должен оставаться безопасным еще долгие годы. Однако важно, чтобы стандарты безопасности развивались в соответствии с новыми требованиями.
Шифрование AES должно будет решать возникающие проблемы безопасности, включая квантовые вычисления и совместимость с новыми технологиями. Усовершенствования аппаратного обеспечения будут продолжать улучшать производительность AES и его внедрение в сценариях использования с низким энергопотреблением, таких как устройства IoT.
Защита ваших ИТ-коммуникаций от угроз кибербезопасности
Крайне важно убедиться, что все ваши сетевые коммуникации защищены от прослушивания, а инфраструктура вашего бизнеса адекватно защищена от вторжений. Если вы разрабатываете программное обеспечение, вы должны реализовать надежные меры шифрования и безопасности программного обеспечения, чтобы гарантировать, что оно не может быть использовано в качестве вектора атаки против ваших пользователей.
Шифрование AES является стандартом защиты данных и связи, и внедрение продуктов, реализующих его, является важной частью соблюдения требований к данным, а также защиты ваших пользователей, инфраструктуры и деловой репутации.
