Come funziona l’algoritmo di cifratura Rijndael?

Advanced Encryption Standard (AES) – la variante standardizzata di Rijndael

Il National Bureau of Standards degli Stati Uniti (oggi NIST) standardizzò nel 1977 il DES; questo standard fu ritirato nel 2005, perché non era più sufficientemente sicuro (comunicato NIST). Come successore, nel 2001 il NIST scelse Rijndael e ne standardizzò l’algoritmo come Advanced Encryption Standard (AES) (FIPS 197).

AES è autorizzato per la protezione delle informazioni delle autorità statunitensi fino al livello TOP SECRET (vedere Fact Sheet CNSSP‑15 nonché l’attuale FAQ CNSA‑2.0 della NSA).

Come funziona Rijndael/AES (breve panoramica)

Rijndael è un cifrario a rete di sostituzione-permutazione. I concetti fondamentali sono sostituzioni a livello di byte, trasformazioni lineari e XOR.

Processo a livello di blocco ("state" a 128 bit)

• Espansione della chiave (Key Schedule): Dalla chiave vengono derivate Nr + 1 chiavi di round (ad es. 11 per AES-128, 13 per AES-192, 15 per AES-256). Fonte: FIPS 197.
• Round iniziale: AddRoundKey – il blocco di testo in chiaro (come matrice 4×4 byte) viene combinato tramite XOR con la prima chiave di round.
• Round 1 … Nr:
  • SubBytes: ogni byte viene sostituito tramite una S-Box (inverso moltiplicativo in GF(2⁸) più trasformazione affine con costante 0x63). Fonte: FIPS 197.
  • ShiftRows: le righe della matrice di stato vengono spostate ciclicamente.
  • MixColumns: le colonne vengono combinate mediante moltiplicazione di matrici su GF(2⁸).
  • AddRoundKey: XOR con la rispettiva chiave di round.

AES può essere implementato in software, firmware o hardware (FIPS 197). Per l'utilizzo pratico, vengono utilizzate Modalità operative utilizzati, ad esempio CBC, CTR oppure GCM (crittografia autenticata). Le raccomandazioni sono disponibili in NIST SP 800–38A e NIST SP 800–38D (GCM/GMAC).

Importante per contestualizzare: AES è un algoritmo di cifratura simmetrico per la crittografia dei dati. Lo scambio di chiavi avviene solitamente con metodi asimmetrici ((EC)DH/RSA). Tuttavia, AES può anche incapsulare le chiavi in modo sicuro ("Key Wrap") – cfr. NIST SP 800–38F.

Specifica ufficiale

La documentazione di riferimento è disponibile qui: https://csrc.nist.gov/files/pubs/fips/197/final/docs/fips-197.pdf

Attacchi brute-force

Brute-Force significa che un aggressore tutte le possibili chiavi. I metodi classici come DES con chiavi di soli 56 bit oggi possono essere praticamente violati in questo modo: per questo il NIST nel 2005 lo ha ufficialmente ritirato (NIST).

I metodi moderni come AES con chiavi da 128/192/256 bit dispongono invece di uno spazio delle chiavi astronomicamente ampio. Nella pratica conta meno l'algoritmo che la derivazione delle chiavi dalle password e la qualità della password master.

Password Depot rende inoltre più difficili gli attacchi brute-force grazie a una funzione di ritardo: dopo un inserimento errato della password master, il programma rimane bloccato per alcuni secondi.

Conclusione: Se implementato correttamente, con modalità operative adeguate (ad es. GCM) e una lunghezza della chiave sufficiente, AES è considerato, allo stato attuale, molto sicuro nel lungo periodo.

Ulteriori informazioni su gli attacchi brute-force.

Fonti di approfondimento

• FIPS 197 – Advanced Encryption Standard (AES)
• FIPS 197 – PDF (specifica originale)
• NIST: AES è un sottoinsieme di Rijndael (dimensione del blocco: 128 bit)
• NIST SP 800–38A – Modalità operative (ECB/CBC/CFB/OFB/CTR)
• NIST SP 800–38D – GCM/GMAC (crittografia autenticata)
• NIST SP 800–38F – AES Key Wrap
• CNSSP–15 Fact Sheet – Impiego di AES per informazioni segrete/strettamente segrete
• NSA: CNSA 2.0 FAQ – requisiti attuali
• NIST: ritiro del DES (contesto)