NIST推荐：AES算法成国际标准的背后故事

NIST推荐：AES算法成国际标准的背后故事

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来源

1.

https://blog.csdn.net/weixin_42749425/article/details/140483041

2.

https://wenku.csdn.net/answer/225ci9id23

3.

https://blog.csdn.net/weixin_42688819/article/details/137184332

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https://blog.csdn.net/Gefangenes/article/details/138332419

5.

https://cloud.tencent.com/developer/article/2465720

6.

https://jeit.ac.cn/cn/article/doi/10.11999/JEIT230703?viewType=HTML

7.

https://developer.aliyun.com/article/1459772

2001年11月26日，美国国家标准技术研究所（NIST）正式宣布，由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计的Rijndael算法被选为新的高级加密标准（AES）。这一决定标志着现代加密技术的一个重要里程碑，也开启了数据安全保护的新篇章。

在20世纪90年代末，随着信息技术的飞速发展，数据安全面临着前所未有的挑战。当时广泛使用的数据加密标准（DES）已经显露出明显的局限性。DES采用56位密钥长度，这在面对日益强大的计算能力时，变得越来越容易被破解。此外，DES的设计过于复杂，导致其在软件实现时效率较低，难以满足大规模数据加密的需求。

为了解决这些问题，NIST于1997年启动了新一代加密标准算法（AES）的征集活动。这次征集吸引了全球密码学界的广泛关注，来自世界各地的研究团队提交了众多创新算法。

NIST对提交的算法进行了严格筛选，主要评估标准包括安全性、性能、效率和灵活性等方面。经过第一轮筛选，15个候选算法中脱颖而出的是5个表现最为优秀的算法：MARS、RC6、Rijndael、Serpent和Twofish。

• MARS算法由IBM团队开发，以其强大的安全性著称，但实现复杂度较高。
• RC6算法由RSA实验室提出，具有较高的加密速度，但安全性相对较低。
• Rijndael算法由比利时密码学家设计，以其平衡的安全性和效率受到关注。
• Serpent算法以安全性极高而闻名，但加密速度较慢。
• Twofish算法由Bruce Schneier领导的团队开发，具有很高的安全性和灵活性。

经过多轮测试和分析，NIST最终选择了Rijndael算法作为AES标准。这一选择基于以下几个关键因素：

1. 安全性：Rijndael算法能够有效抵御各种已知的攻击手段，包括差分密码分析和线性密码分析。
2. 性能：该算法在不同硬件平台上都能保持高效运行，特别是在现代处理器上表现优异。
3. 灵活性：Rijndael支持128、192和256位的可变密钥长度，能够适应不同的安全需求。
4. 简单性：相比其他候选算法，Rijndael的结构更为简单，易于实现和优化。

AES算法的核心是其独特的加密结构。它采用分组密码的方式，将明文数据分成固定大小的块（通常为128位）进行处理。加密过程主要包括多个轮次的变换操作，每一轮包含以下步骤：

1. 字节替换（SubBytes）：通过一个预先定义的S盒（Substitution Box）对数据块中的每个字节进行非线性替换，增加密码的强度。
2. 行移位（ShiftRows）：将数据块的行按照一定规则进行循环移位。
3. 列混淆（MixColumns）：对数据块的列进行混淆操作，进一步扩散数据的信息。
4. 轮密钥加（AddRoundKey）：将每一轮的子密钥与数据块进行异或运算，子密钥是由原始密钥通过密钥扩展算法生成的。

这种多轮变换的设计使得AES能够有效抵御各种攻击，同时保持较高的加密效率。

AES算法一经推出，就迅速成为全球广泛使用的加密标准。其应用场景涵盖了从网络通信到数据存储的各个领域：

• 网络通信安全：HTTPS协议中广泛使用AES加密来保护浏览器与服务器之间传输的数据，确保在线支付、电子邮件通信等敏感信息的安全。
• 数据存储加密：企业和个人采用AES加密来保护数据库中的用户信息、财务数据等敏感信息，防止数据泄露。
• 移动应用安全：AES用于保护移动设备上的用户数据，如联系人、位置信息和聊天记录等。
• 云计算安全：云服务提供商利用AES加密来确保用户数据的保密性，使用户可以放心地将数据存储在云端。

尽管AES目前仍然是最安全的加密标准之一，但随着量子计算技术的发展，它也面临着潜在的威胁。量子计算机有可能在较短时间内破解基于数学难题的加密算法。因此，研究人员正在积极探索后量子时代的加密方案，包括对AES进行改进或寻找全新的加密算法。

此外，为了提高AES加密和解密的速度，硬件加速技术不断取得进展。现代处理器和专用加密芯片越来越多地集成了针对AES算法优化的指令集和硬件模块，如英特尔的AES-NI指令集，这大大提高了加密和解密的效率。

从1997年的征集活动到2001年的正式发布，AES算法的发展历程见证了密码学领域的重大进步。作为现代加密技术的基石，AES不仅为数据安全提供了强有力的保障，也推动了整个信息安全行业的发展。随着技术的不断演进，AES将继续在保护数字世界安全方面发挥重要作用。