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Der AES ist eine SP-Chiffre. Das Verfahren sieht im Wechsel Schritte zur Substi-
tution und zur Permutation vor, ohne dass es dabei die von Feistel-Chiffren
bekannte Aufteilung in linke und rechte Hälfte gibt. Ein Klartextblock (128 Bit)
ist stets in Form einer 4×4-Matrix aus Byte-Variablen gegeben, wobei die 16
Bytes eines Blocks spaltenweise in die Matrix geschrieben werden. Ein Klartext
(
a
0
,
a
1
,
a
2
,
a
3
,
b
0
,
b
1
,
b
2
,
b
3
,
c
0
,
c
1
,
c
2
,
c
3
,
d
0
,
d
1
,
d
2
,
d
3
) wird daher wie folgt in
eine Matrix umgewandelt:
a
0
b
0
c
0
d
0
a
1
b
1
c
1
d
1
a
2
b
2
c
2
d
2
a
3
b
3
c
3
d
3
8.1.1
Rundenaufbau
Der AES besteht aus vier Funktionen, die jeweils mehrfach durchlaufen werden:
SubBytes, ShiftRow, MixColumn und AddRoundKey. Alle vier Funktionen bear-
beiten eine 4×4-Matrix, in der am Anfang des Verfahrens der Klartext und am
Ende der Geheimtext steht. Der erste Schritt einer AES-Verschlüsselung besteht
aus einem Aufruf von AddRoundKey. Anschließend werden alle Runden bis auf
eine (also 9 bzw. 11 bzw. 13 Runden) nach folgendem Schema abgearbeitet:
1.
SubBytes
2.
ShiftRow
3.
MixColumn
4.
AddRoundKey
In der letzten Runde fällt der dritte Schritt (MixColumn) weg, ansonsten verläuft
sie gleich. Man kann das Verfahren übrigens auch anders erklären: Alle Runden
bis auf die letzte bestehen aus den Schritten 1) AddRoundKey 2) SubBytes
3) ShiftRow 4) MixColumn. In der letzten Runde wird MixColumn durch ein
weiteres AddRoundKey ersetzt.
SubBytes
Die Funktion
SubBytes
realisiert eine S-Box. Sie führt also eine nichtlineare Sub-
stitution durch. Nach den im Chiffren-Design üblichen Grundsätzen (Abschnitt
7.1) ist SubBytes damit für die Konfusion zuständig. Die Arbeitsweise von Sub-
Bytes ist recht einfach: Jedes der 16 Bytes in der 4×4-Matrix wird nach derselben
Ersetzungstabelle (S-Box) durch ein neues ersetzt. Die Ersetzungstabelle hat dem-
nach für jeden Bytewert von 0 bis 255 einen Eintrag und sieht so aus (Einträge in
hexadezimaler Schreibweise):
