Algoritmo de descifrado de AES: una guía completa para científicos de datos

Para implementar el descifrado de AES, puede aprovechar las bibliotecas criptográficas existentes o las API proporcionadas por lenguajes de programación como Python o Java. Estas bibliotecas a menudo encapsulan los detalles complejos del algoritmo de descifrado AES, lo que le permite centrarse en los aspectos de nivel superior de su aplicación.

¿Cuál es el algoritmo AES??

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Fondo

En la década de 1990, DES se insegura debido a su tamaño clave relativamente pequeño de 56 bits. Entonces, en 1997, el Estándar de cifrado avanzado (AES) fue propuesto en respuesta a un llamado público para propuestas por el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST). La siguiente tabla muestra cómo AES se compara con su predecesor.

Desesperación	AES
Desarrollado	1977	2000
Tipo de cifrado	Cifrado de bloque simétrico	Cifrado de bloque simétrico
Tamaño de bloque	64 bits	128 bits
Longitud de llave	56 bits	128/192/256 bits
Seguridad	Insegura de forma insegura	Considerado seguro

¿Cuál es el algoritmo AES??

El Algoritmo AES (también conocido como el Algoritmo de rijndael) es un algoritmo de cifrado de bloques simétricos que toma texto plano en bloques de 128 bits y los convierte en cifrado usando claves de 128, 192 y 256 bits. Dado que el algoritmo AES se considera seguro, está en el estándar mundial.

Algoritmo de descifrado de AES: una guía completa para científicos de datos

En el mundo de la seguridad de los datos, el cifrado es una técnica fundamental utilizada para proteger la información confidencial. El estándar de cifrado avanzado (AES) es un algoritmo de cifrado simétrico ampliamente adoptado que garantiza la comunicación segura y el almacenamiento de datos. En este artículo, nos sumergiremos en el algoritmo de descifrado AES, explicando su funcionamiento interno y proporcionando información práctica para los científicos de datos e ingenieros de software.

Por Nube de Saturno | Martes 18 de julio de 2023 | Misceláneas

Algoritmo de descifrado de AES: una guía completa para científicos de datos

Introducción

En el mundo de la seguridad de los datos, el cifrado es una técnica fundamental utilizada para proteger la información confidencial. El estándar de cifrado avanzado (AES) es un algoritmo de cifrado simétrico ampliamente adoptado que garantiza la comunicación segura y el almacenamiento de datos. En este artículo, nos sumergiremos en el algoritmo de descifrado AES, explicando su funcionamiento interno y proporcionando información práctica para los científicos de datos e ingenieros de software.

Comprender el cifrado AES

Antes de profundizar en el descifrado de AES, toquemos brevemente el cifrado AES. AES es un algoritmo de cifrado de bloque que funciona en bloques de datos de tamaño fijo. Admite tres tamaños clave: 128, 192 y 256 bits. Para cifrar datos con AES, se usa una clave secreta para transformar el texto sin formato en texto cifrado, lo que lo hace inseguible sin la clave de descifrado correspondiente.

El cifrado de AES consta de varias rondas, y cada ronda aplica un conjunto de operaciones a los datos. Estas operaciones incluyen sustitución, permutación y mezcla de los datos. El número de rondas depende del tamaño de la clave: 10 rondas para llaves de 128 bits, 12 rondas para teclas de 192 bits y 14 rondas para teclas de 256 bits.

Proceso de descifrado de AES

El descifrado de AES es el proceso inverso de cifrado. Toma el texto cifrado y la clave de descifrado como entrada y produce el texto sin formato original. El algoritmo de descifrado invierte las operaciones realizadas durante el cifrado, lo que permite la recuperación de los datos originales.

Vamos a describir los pasos involucrados en el proceso de descifrado AES:

1. Expansión clave: El descifrado de AES comienza con la expansión de la clave de cifrado en un conjunto de claves redondas. Este paso es esencial para generar las claves redondas correctas utilizadas en el orden inverso en comparación con el cifrado.
2. Ronda inicial: En la ronda inicial, el bloque de texto cifrado se somete a una adición de la tecla inversa, donde la tecla redonda se XORE con el texto cifrado.
3. Rondas: El descifrado de AES consta de múltiples rondas, al igual que el cifrado. Cada ronda implica cuatro operaciones principales: sustitución inversa, permutación inversa, mezcla inversa y adición de llave inversa. Estas operaciones se realizan en el orden inverso en comparación con el cifrado.
4. Ronda final: La ronda final incluye sustitución inversa, permutación inversa y adición de clave inversa. Sin embargo, no hay operación de mezcla inversa en la ronda final.
5. Producción: Después de la ronda final, se obtiene el texto sin formato descifrado, que es una réplica exacta de los datos originales antes del cifrado.

Implementación del descifrado de AES

Para implementar el descifrado de AES, puede aprovechar las bibliotecas criptográficas existentes o las API proporcionadas por lenguajes de programación como Python o Java. Estas bibliotecas a menudo encapsulan los detalles complejos del algoritmo de descifrado AES, lo que le permite centrarse en los aspectos de nivel superior de su aplicación.

En Python, puede usar la biblioteca Pycryptodome, que proporciona una interfaz directa para el descifrado de AES:

de Cripto.Cifrar importar AES defensor aes_decrypt(texto en cifrado, llave) cifrar = AES.nuevo(llave, AES.MODE_ECB) Texto sin formato = cifrar.descifrar(texto en cifrado) devolver Texto sin formato 

En el ejemplo anterior, el texto cifrado representa los datos cifrados, y la clave es la clave de descifrado. Los aes.New () La función inicializa el cifrado AES con la tecla especificada y CIPHER.Decrypt () realiza la operación de descifrado, devolviendo el texto sin formato.

Las mejores prácticas para el descifrado de AES

Para garantizar la seguridad y la efectividad del descifrado de AES, considere las siguientes mejores prácticas:

1. Gestión de claves: Administre correctamente las claves de cifrado mediante el uso de mecanismos de almacenamiento de claves seguras y las teclas giratorias regularmente. Evite las claves de codificación en el código fuente o almacenarlas en archivos de texto sin formato.
2. Transmisión segura: Al transmitir claves de texto cifrado o descifrado a través de una red, utilice protocolos de comunicación seguros como HTTPS o SSH para evitar la altura o la intercepción de datos.
3. Utilice bibliotecas seguras: Siempre use bibliotecas criptográficas de confianza y bien vettadas para implementar el descifrado de AES. Estas bibliotecas experimentan pruebas y mantenimiento de seguridad rigurosos, reduciendo el riesgo de vulnerabilidades.
4. Mantenga el software actualizado: Actualice regularmente sus dependencias de software, incluidas las bibliotecas criptográficas, para incorporar parches de seguridad y correcciones de errores. El software obsoleto puede contener vulnerabilidades conocidas que los atacantes pueden explotar.
5. Asegurar el entorno: Proteger los sistemas y entornos donde tienen lugar las operaciones de descifrado de AES. Emplear controles de acceso fuertes, segmentación de red y sistemas de detección de intrusos para mitigar el riesgo de acceso no autorizado.

Conclusión

En este artículo, exploramos el algoritmo de descifrado AES, un componente esencial de la seguridad de los datos. Discutimos los pasos involucrados en el descifrado de AES, la implementación del descifrado de AES en Python y las mejores prácticas para el descifrado de AES seguro.

Como científico de datos o ingeniero de software, la comprensión del descifrado de AES le permite trabajar con datos cifrados y desarrollar aplicaciones seguras que salvaguarden la información confidencial. Siguiendo las mejores prácticas descritas en este artículo, puede garantizar la integridad y confidencialidad de los datos a través de técnicas de descifrado de AES sólidas.

Recuerde, el cifrado y el descifrado de AES juegan un papel crucial en la obtención de datos, y mantenerse informado sobre los algoritmos criptográficos es vital en el panorama digital actual.

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Pasos en el proceso de cifrado AES

El proceso de cifrado utiliza un conjunto de claves especialmente derivadas llamadas claves redondas. Estos se aplican, junto con otras operaciones, en una variedad de datos que contiene exactamente un bloque de datos?los datos a estar encriptados. Esta matriz llamamos la matriz de estado.

Toma los siguientes pasos de cifrado AES para un bloque de 128 bits:

1. Derive el conjunto de teclas redondas de la llave de cifrado.
2. Inicializar la matriz de estado con los datos de bloque (texto sin formato).
3. Agregue la tecla redonda inicial a la matriz de estado inicial.
4. Realizar nueve rondas de manipulación estatal.
5. Realizar la décima y última ronda de manipulación estatal.
6. Copie la matriz de estado final como datos cifrados (texto cifrado).

La razón por la que las rondas han sido enumeradas como “nueve seguidas de una décima ronda final” es porque la décima ronda implica una manipulación ligeramente diferente de los demás.

El bloque para estar encriptado es solo una secuencia de 128 bits. AES funciona con cantidades de bytes, por lo que primero convirtimos los 128 bits en 16 bytes. Decimos “convertir”, pero, en realidad, es casi seguro que ya se almacena de esta manera. Las operaciones en RSN/AES se realizan en una matriz de bytes bidimensional de cuatro filas y cuatro columnas. Al comienzo del cifrado, los 16 bytes de datos, numerados D0 ? D15, se cargan en la matriz como se muestra en la tabla A.5.

Cada ronda del proceso de cifrado requiere una serie de pasos para alterar la matriz de estado. Estos pasos involucran cuatro tipos de operaciones llamados:

Los detalles de estas operaciones se describen en breve, pero primero debemos mirar con más detalle a la generación de las teclas redondas, llamado así porque hay una diferente para cada ronda en el proceso.

La clave de cifrado utilizada para el cifrado tiene 128 bits de largo. De donde viene esta clave no es importante aquí; Consulte el Capítulo 10 sobre la jerarquía clave y cómo se producen las claves de cifrado temporal. La clave de cifrado ya es el resultado de muchas transformaciones de hash y criptográfica y, para el momento en que llega al cifrado del bloque AES, está muy alejado de la clave maestra secreta en poder del servidor de autenticación. Ahora, finalmente, se usa para generar un conjunto de once claves redondas de 128 bits que se combinarán con los datos durante el cifrado. Aunque hay diez rondas, se necesitan once claves porque se agrega una clave adicional a la matriz de estado inicial antes de que comiencen las rondas. La mejor manera de ver estas claves es una variedad de once valores de 16 bytes, cada uno compuesto por cuatro palabras de 32 bits, como se muestra en la Tabla A.6.

Para comenzar, la primera ronda RKEY0 simplemente se inicializa al valor de la clave de cifrado (que es la clave secreta entregada a través de la jerarquía de la clave). Cada una de las diez claves restantes se deriva de esto de la siguiente manera.

Tabla A.6. Matriz de llave redonda