Работа Л.А. Жилина и С.Э. Хана "Разработка программного продукта алгоритма шифрования AES для решения инженерных и экономических задач"

Введение
В данной работе представлен программный продукт алгоритма шифрования AES. В настоящее время беспроводные технологии играю ключевую роль в разработке новых программных продуктов, а также в развитии информационных технологий в целом. Можно заметить, что беспроводные технологии занимают все сферы жизнедеятельности. Возможности использования данных технологий не ограничены, люди часто используют их для получения доступа в Интернет, а также для подключения различных устройств к ПК или мобильному телефону. В итоге благодаря беспроводным технологиям можно совершать множество действий.
Вся информация, которая обрабатывается человеком, от обработки документов, до редактирования фотографий и видеозаписей, а также обработка личной информация, всё это в свою очередь хранится на жестких дисках персональных компьютеров пользователей. Для предотвращения несанкционированного доступа к данным со стороны посторонних лиц применяется метод шифрования данных. Существует множество криптографических программ. Выделим такие платные криптографические программы, как ruToken и eToken, а также бесплатно распространяемые программы PGP и TrueCrypt. Данные программы имеют ряд недостатков — дорогостоящие, а также являются иностранными продуктами, не имеющих перевода на русский язык. Из минусов бесплатных программ является то, что они используют устаревшие алгоритмы шифрования, что уже является менее безопасным способом хранения данных пользователей.
В настоящее время одним из самых распространенных и надежных стандартов шифрования электронных данных является шифрование AES (Advanced Encryption Standard).
Общие понятия
Симметричный шифр — это шифр в котором ключ дешифрования совпадает с ключом шифрования.
Блочные шифры – одна из фундаментальных составляющих криптографических систем. Это функция шифрования, которая применяется к блокам текста фиксированной длинны (128 бит, 256…). Такой шифр принимает на вход 128-битовый открытый текст и выдает 128-битовый шифрованный текст. Чтобы зашифровать информацию нужен секретный ключ. Подобно шифрованному тексту, ключ шифрования также представляет собой строку битов. блочные шифры обрабатывают кодируемое сообщение блоками из нескольких байт, при этом блок открытого текста преобразуется в блок шифр-текста того же размера с использованием ключа шифрования.
Определение основных задач криптографии
В настоящее время проблема использования криптографических методов в информационных системах (ИС) стала особо актуальна. В информационной сфере расширилось использование компьютерных сетей, таких как «Глобальная сеть Интернет», где сконцентрирован большой трафик обрабатываемой информации государственного, военного, коммерческого и частного характера, ограниченного доступа посторонних лиц.
Также, с появлением на рынке информационных услуг современных компьютеров, технологий сетевых и нейронных вычислений сделало возможным дискредитацию криптографических систем. Для решения данной проблемы все чаще стали разрабатываться новые криптосистемы.
Проблему защиты информации активно решает криптология, путем разных способов преобразования. Криптология состоит из двух основных направлений - криптографию и криптоанализ.
Криптография в свою очередь использует математические методы преобразования информации.
Криптоанализ используется для исследования возможности расшифровывания информации, если пользователю не известны ключи шифрования.
Выделим ключевые разделы современной криптографии:
Симметричные криптосистемы.
Криптосистемы использующие открытый ключ.
Системы электронной подписи.
Системы управления ключами.
К ключевым направлениям использования криптографических методов можно отнести передачу конфиденциальной информации по используемым каналам связи, установление подлинности передаваемых сообщений, а также хранение информации на носителях в зашифрованном от других пользователей виде.
Анализ симметрично-блочного шифрования (выявление достоинств и недостатков)
Ключевым недостатком данного метода шифрования является то, что стороны, общающиеся при помощи симметричного шифра, должны определить ключ до начала обмена сообщениями

. Далее, когда ключ определен, отправителю необходимо зашифровать сообщение, используя ключ и отправить его получателю. После чего получатель расшифровывает данное сообщение с использованием ключа шифрования, который был определен ранее. Отметим, что симметричные шифры могут являться блочными и потоковыми. В свою очередь блочные шифры обрабатывают полученную информацию блоками фиксированной длины, а потоковые побитно или побайтно. Также недостатком симметричных шифров является сложность распространения их ключей и невозможность использования для цифровой подписи. Каждый шаг данного алгоритма состоит из ряда операций, которые могут выполняться одновременно. Это облегчает создание высокоскоростных реализаций метода шифрования AES. Также, операция дешифрования во многом отличается от операции шифрования. Для выполнения расшифровки текста необходимо использование обратных S-матриц.
Основными достоинствами симметричных шифров являются их высокая скорость работы и простота использования для защиты данных.
Ключевыми характеристиками блочного шифра являются длина его ключа и размер его блока. Таким образом, с увеличением длины ключа, увеличивается надёжность самого шифра. Для длины ключа равной n-бит, количество возможных ключей будет равно 2n. В итоге необходимо перебрать примерно 2n-1 ключей до нахождения правильного. На практике зачастую ключ шифрования может быть сгенерирован по задаваемому пользователем алгоритму из ключевой фразы(пароля). В таком случае пользователь может вместо долгосрочного перебора всех возможных ключей попытаться подобрать или угадать ключевую фразу, которая как правило может быть короче, чем 128 бит. Поэтому выбор хорошей ключевой фразой является немаловажным фактором. Длина блока имеет ключевое значение, но она практически не влияет на надёжность шифра. У современных шифров размер блока может находится в интервале 64-256 бит.
Обоснование выбора метода шифрования AES и его особенности
Стандарт шифрования AES является ключевым, так как его можно отнести к одному из самых надежных стандартов шифрования электронных данных, которые используются на сегодняшний день.
В алгоритме AES можно выделить несколько основных функциональных блоков, каждый из которых имеет свое назначение