AES: bu nədir, simmetrik şifrələmə alqoritmi və harada tətbiq olunur

AES açar ölçüləri və təhlükəsizlik səviyyələri

AES üç açar ölçüsü dəstəkləyir, hər biri müəyyən kriptodavamlılıq səviyyəsinə uyğun gəlir. Açar ölçüsünün seçimi təhlükəsizliyə, məhsuldarlığa və cihaz resurslarına olan tələblərə təsir edir.

Praktik qayda: mobil tətbiqlərdə standart olaraq AES-256-dan istifadə edin. AES-NI dəstəyi olan müasir cihazlarda AES-128 və AES-256 arasında məhsuldarlıq fərqi 10–15%-dən çox deyil, lakin təhlükəsizlik səviyyəsi iki dəfə artır. Kvant təhlilinə (Grassl et al., 2016) görə, AES-128-i sındırmaq üçün Grover alqoritmi vasitəsilə 2^77 kvant əməliyyatı, AES-256 üçün isə 2^149 əməliyyat tələb olunur ki, bu da AES-256-nı növbəti 20–30 il ərzində kvant hücumlarına qarşı davamlı edir. Hətta AES-128 kommersiya ssenarilərinin böyük əksəriyyəti üçün kifayət qədor qoruma təmin edir: Bruce Schneier-in hesablamasına görə, 128-bitlik açarın tam axtarışı üçün kainatda mövcud olandan daha çox enerji tələb olunur. Bununla belə, təhlükəsizlik standartları (GDPR, HIPAA, PCI DSS) çox vaxt açıqşə AES-256 tələb edir, buna görə istehsal layihələrində maksimum açar uzunluğundan istifadə etmək tövsiyə olunur.

AES iş rejimləri

AES bloklu şifrə kimi sabit ölçülü blokları (128 bit) şifrələyir. İxtiyari uzunluqlu məlumatların şifrələnməsi üçün iş rejimləri (modes of operation) istifadə olunur. Rejimin seçimi təhlükəsizliyə kritik təsir edir: səhv rejim AES-in davamlılığını puça çıxara bilər.

• ECB (Electronic Codebook) — ən sadə və ən təhlükəsiz rejim. Hər blok eyni açarla müstəqil şifrələnir. Açıq mətnin eyni blokları eyni şifrə mətni blokları verir və bu məlumat strukturunu bərpa etməyə imkan verir. Bütöv müasir təhlükəsizlik standartlarında istifadəsi qadağandır. Mobil tətbiqlərdə HEÇ VAXT ECB-dən istifadə etməyin.
• CBC (Cipher Block Chaining) — hər əvvəlki şifrə mətni bloku növbətisi üçün başlatma vektoru (IV) kimi istifadə olunur. Hər mesaj üçün təsadüfi IV tələb edir. Səhv tətbiqdə padding oracle hücumlarına qarşı həssasdır. Faylların şifrələnməsi üçün uyğundur, lakin məlumatların bütövlüyü üçün MAC (HMAC) tələb edir.
• GCM (Galois/Counter Mode) — mobil tətbiqlər üçün tövsiyə olunan rejim. Bir əməliyyatda autentifikasiya olunmuş şifrələmə (AEAD) təmin edir: şifrələmə + bütövlük yoxlaması. Açar axınının yaradılması üçün sayıcıdan və autentifikasiya üçün Galois sahəsində vurmadan istifadə edir. GCM hər mesaj üçün unikal nonce (12 bayt) tələb edir. NIST tərəfindən tövsiyə olunur, TLS 1.2/1.3 və Android Keystore-da istifadə olunur.
• CCM (Counter with CBC-MAC) — CTR + CBC-MAC əsasında alternativ AEAD rejimi. GCM-dən yavaşdır və paralel emalı dəstəkləmir. ZigBee və 802.11 (Wi-Fi) protokollarında istifadə olunur. Mobil tətbiqlər üçün GCM üstünlük təşkil edir.

Mobil layihələrdə 12 bayt nonce ilə AES-256-GCM istifadə edin. GCM eyni anda iki problemi həll edir: məlumatların şifrələnməsi və autentifikasiyası, padding oracle və chosen ciphertext hücumlarının qarşısını alır. Android Keystore və iOS CryptoKit əlavə kriptoqrafik primitivlərin tətbiqinə ehtiyac olmadan AES-GCM-ni qutudan çıxan kimi dəstəkləyir. GCM ilə işləyərkən eyni açarla nonce-ni təkrarlamamaq vacibdir — bu şifrələmənin təhlükəsizliyini tamamilə məhv edir. Hər şifrələmə üçün yeni təsadüfi nonce yaradın və onu şifrə mətni ilə birlikdə saxlayın.

AES-in mobil tətbiqlərdə tətbiqi

Jetpack Security istifadə edərək Android-də AES-256-GCM-nin təhlükəsiz tətbiqi nümunəsini nəzərdən keçirək. Aşağıdakı kod tam dövranı nümayiş etdirir: MasterKey vasitəsilə AES-256 açarının yaradılması, əlavə autentifikasiya olunmuş məlumatlarla (AAD) sətrin şifrələnməsi və şifrəsinin açılması.

import androidx.security.crypto.MasterKey
import androidx.security.crypto.EncryptedSharedPreferences

val masterKey = MasterKey.Builder(context)
    .setKeyScheme(MasterKey.KeyScheme.AES256_GCM)
    .build()

val securePrefs = EncryptedSharedPreferences.create(
    context,
    "secure_prefs",
    masterKey,
    EncryptedSharedPreferences.PrefKeyEncryptionScheme.AES256_SIV,
    EncryptedSharedPreferences.PrefValueEncryptionScheme.AES256_GCM
)

fun storeSecureData(key: String, value: String) {
    securePrefs.edit().putString(key, value).apply()
}

fun readSecureData(key: String): String? {
    return securePrefs.getString(key, null)
}

Bu həllin əsas xüsusiyyəti AES-256-GCM-nin iki səviyyədə istifadə edilməsidir: açar-dəyər cütlərinin şifrələnməsi (PrefValueEncryptionScheme) və açarların adlarının qorunması (PrefKeyEncryptionScheme nonce təkrarlanmasına davamlı AES-256-SIV istifadə edir). MasterKey AES-256-GCM alqoritmi ilə yaradılır və Trusted Execution Environment ilə cihazlarda avadanlıq səviyyəsində qorunan Android Keystore-da saxlanılır. Avadanlıq dəstəyi (TEE) olmayan cihazlarda açar Bouncy Castle vasitəsilə şifrələnir ki, bu da SharedPreferences-da saxlamaqdan daha təhlükəsizdir.

Böyük həcmli məlumatların (məsələn, şəkillər və ya fayllar) birbaşa şifrələnməsi üçün AndroidX Security-dən EncryptedFile vasitəsilə AES-256-GCM istifadə edin. Açarların ixracı üçün (məsələn, ehtiyat nüsxə üçün) 100000+ iterasiya ilə PBKDF2 vasitəsilə istifadəçi şifrəsi ilə əlavə şifrələmədən istifadə edin.

iOS-da CryptoKit vasitəsilə AES

iOS-da AES ilə iş CryptoKit (Swift 5.0+) çərçivəsi vasitəsilə təşkil olunur. AES-256 açarı SymmetricKey(size: .bits256) vasitəsilə yaradılır və Secure Enclave-də — əsas CPU və əməliyyat sistemindən təcrid olunmuş avadanlıq kriptoprosessorunda saxlanılır. CryptoKit AES-in iki tətbiqini təqdim edir: AES.GCM (tövsiyə olunan) və AES.CBC (köhnəlmiş formatlarla geriyə uyğunluq üçün). Şifrələmə seal() metodu vasitəsilə yerinə yetirilir, o məlumatları, açarı və nonce (12 bayt) qəbul edir və şifrə mətnini və autentifikasiya teqini ehtiva edən AES.GCM.SealedBox strukturu qaytarır. Şifrənin açılması — open() vasitəsilə. Apple birbaşa CommonCrypto-dan istifadə etməyi qətiyyənlə tövsiyə etmir: CryptoKit avtomatik olaraq optimal parametrləri seçir, side-channel hücumlarından qoruyur və Apple Silicon prosessorlarında AES-NI avadanlıq sürətləndirilməsindən istifadə edir. Secure Enclave olan cihazlarda açarlar heç vaxt avadanlıq modulunu tərk etmir və bu, tətbiqin tam kompromitasiyasında belə onların oğrulanmasını qeyri-mümkün edir. Açarın seriallaşdırılması üçün withUnsafeBytes metodu, ardından kSecAttrAccessible = kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly atributu ilə SecItemAdd vasitəsilə Keychain-də saxlama istifadə olunur.