Standard de chiffrement avancé

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AES

Résumé

Concepteur(s)

Joan Daemen, Vincent Rijmen

Première publication

2000

Dérivé de

Rijndael, Square

Chiffrement(s) basé(s) sur cet algorithme

Aucun

Caractéristiques

Taille(s) du bloc

128 bits

Longueur(s) de la clé

128, 192, 256 bits

Structure

Réseau de substitution/permutation

Nombre de tours

10,12 ou 14 selon la taille de la clé

Meilleure cryptanalyse

Une attaque par clé apparentée casse 9 rondes de AES-256. Une attaque par texte clair choisi casse 8 rondes de AES-192 et 256, ou

7 rondes de AES-128. (Ferguson et al, 2000).

AES est le sigle d'Advanced Encryption Standard, en français « standard de chiffrement avancé ». Il s'agit d'un algorithme de chiffrement symétrique, choisi en octobre 2000 par le NIST pour être le nouveau standard de chiffrement pour les organisations du gouvernement des États-Unis.

[modifier] Origine

Il est issu d'un appel à candidatures international lancé en janvier 1997 et ayant reçu 15 propositions. Parmi ces 15 algorithmes, 5 furent choisis pour une évaluation plus poussée en avril 1999 : MARS, RC6, Rijndael, Serpent, et Twofish. Au bout de cette évaluation, ce fut finalement le candidat Rijndael, du nom de ses deux concepteurs Joan Daemen et Vincent Rijmen (tous les deux de nationalité belge) qui a été choisi. Ces deux experts en cryptographie étaient déjà les auteurs d'un autre algorithme : Square. AES est un sous-ensemble de Rijndael : il ne travaille qu'avec des blocs de 128 bits alors que Rijndael offre des tailles de blocs et de clefs qui sont des multiples de 32 (compris entre 128 et 256 bits).

Ce faisant, l'AES remplace le DES (choisi comme standard dans les années 1970) qui de nos jours devenait obsolète, car il utilisait des clefs de 56 bits seulement. L'AES a été adopté par le NIST (National Institute of Standards and Technology) en 2001. De plus, son utilisation est très pratique car il consomme peu de mémoire et n'étant pas basé sur un schéma de Feistel, sa complexité est moindre et il est plus facile à implémenter.

Voir l'article principal à ce sujet : Advanced Encryption Standard process.

[modifier] Fonctionnement

L'algorithme prend en entrée un bloc de 128 bits (16 octets), la clé fait 128, 192 ou 256 bits. Les 16 octets en entrée sont permutés selon une table définie au préalable. Ces octets sont ensuite placés dans une matrice de 4x4 éléments et ses lignes subissent une rotation vers la droite. L'incrément pour la rotation varie selon le numéro de la ligne. Une transformation linéaire est ensuite appliquée sur la matrice, elle consiste en la multiplication binaire de chaque élément de la matrice avec des polynômes issus d'une matrice auxiliaire, cette multiplication est soumise à des règles spéciales selon GF( $28$ ) (groupe de Galois ou corps fini). La transformation linéaire garantit une meilleure diffusion (propagation des bits dans la structure) sur plusieurs tours.

Finalement, un XOR entre la matrice et une autre matrice permet d'obtenir une matrice intermédiaire. Ces différentes opérations sont répétées plusieurs fois et définissent un « tour ». Pour une clé de 128, 192 ou 256, AES nécessite respectivement 10, 12 ou 14 tours.

[modifier] Attaques

L'AES n'a pour l'instant pas été cassé et la recherche exhaustive (« brute force ») demeure la seule solution. Rijndael a été conçu de telle manière à rendre des méthodes classiques comme la cryptanalyse linéaire ou différentielle très difficiles.

[modifier] Attaques sur des versions simplifiées

Des attaques existent sur des versions simplifiées d'AES. Niels Ferguson et son équipe ont proposé en 2000 une attaque sur une version à 7 tours de l'AES 128 bits. Une attaque similaire casse un AES de 192 ou 256 bits contenant 8 tours. Un AES de 256 bits peut être cassé s'il est réduit à 9 tours avec une contrainte supplémentaire. En effet, cette dernière attaque repose sur le principe des « related-keys » (clés apparentées). Dans une telle attaque, la clé demeure secrète mais l'attaquant peut spécifier des transformations sur la clé et chiffrer des textes à sa guise. Il peut donc légèrement modifier la clé et regarder comment la sortie de l'AES se comporte.

[modifier] Attaques sur la version complète

Certains groupes ont affirmé avoir cassé l'AES complet mais après vérification par la communauté scientifique, il s'avérait que toutes ces méthodes étaient erronées. Cependant, plusieurs chercheurs ont mis en évidence des possibilités d'attaques algébriques, notamment l'attaque XL et une version améliorée, la XSL. Ces attaques ont été le sujet de nombreuses controverses et leur efficacité n'a pas encore été pleinement démontrée, le XSL fait appel à une analyse heuristique dont la réussite n'est pas systématique. De plus, elles sont impraticables car le XSL demande au moins $287$ opérations voire $2100$ dans certains cas. Le principe est d'établir les équations (quadratiques / booléennes) qui lient les entrées aux sorties et de résoudre ce système qui ne comporte pas moins de 8 000 inconnues et 1 600 équations pour 128 bits. La solution de ce système reste pour l'instant impossible à déterminer. En l'absence d'une preuve formelle sur l'efficacité d'attaques similaires au XSL, l'AES est donc considéré comme sûr. On peut toutefois parier que dans les années à venir, les avancées en cryptanalyse et la relative simplicité de la structure d'AES devraient ouvrir des brèches dans l'algorithme. Si pareille découverte venait à se produire, des méthodes similaires à AES comme Camellia pourraient rapidement devenir obsolètes.

[modifier] Recommandations de la NSA

La NSA a annoncé que tous les finalistes qui avaient participé au concours AES pouvaient être considérés comme sûrs et qu'ils étaient suffisamment robustes pour chiffrer les données non-classifiées du gouvernement américain. En juin 2003, le gouvernement américain a en effet annoncé :

« L'architecture et la longueur de toutes les tailles de clés de l'algorithme AES (128, 192 et 256) sont suffisantes pour protéger des documents classifiés jusqu'au niveau "SECRET". Le niveau "TOP SECRET" nécessite des clés de 192 ou 256 bits. L'implémentation de l'AES dans des produits destinés à la protection des systèmes et/ou documents liés à la sécurité nationale doit faire l'objet d'une analyse et d'une certification par la NSA avant leur acquisition et leur utilisation » — traduction de la dépêche originale disponible ici

[modifier] Autres attaques

Il est à noter que cette dernière phrase prend tout son sens lorsqu'on sait que des attaques sont possibles sur des systèmes défaillants. On peut en effet analyser la consommation électrique (des pics de consommation indiqueraient des calculs lourds) ou encore le temps nécessaire au chiffrement. Ce genre d'attaque vise surtout des systèmes « boîtes noires » dans lesquels une clé secrète constante est codée dans le matériel et utilisée pour chiffrer plusieurs messages.

On peut toutefois se demander pourquoi aucun concours officiel n'a été lancé pour promouvoir la recherche d'attaques sur AES. Dans ce domaine, la méthode de chiffrement asymétrique RSA remporte la palme avec plusieurs concours dotés de gains élevés.