AES: nedir, simetrik şifreleme algoritması ve nerede kullanılır

AES anahtar boyutları ve güvenlik seviyeleri

AES üç anahtar boyutunu destekler ve her biri belirli bir kriptografik güç seviyesine karşılık gelir. Anahtar boyutu seçimi güvenliği, performansı ve cihaz kaynak gereksinimlerini etkiler.

Pratik kural: mobil uygulamalar için varsayılan olarak AES-256 kullanın. AES-NI destekli modern cihazlarda AES-128 ve AES-256 arasındaki performans farkı %10-15'i geçmez, ancak güvenlik seviyesi iki katına çıkar. Kuantum analizine (Grassl et al., 2016) göre, AES-128'i kırmak Grover algoritması aracılığıyla 2^77 kuantum işlemi gerektirirken, AES-256 2^149 gerektirir ve bu da AES-256'yı önümüzdeki 20-30 yıl boyunca kuantum saldırılarına karşı dirençli kılar. AES-128 bile ticari senaryoların büyük çoğunluğu için yeterli koruma sağlar: Bruce Schneier'in tahminine göre 128 bitlik bir anahtarı kaba kuvvetle kırmak, evrende var olandan daha fazla enerji gerektirir. Bununla birlikte, güvenlik standartları (GDPR, HIPAA, PCI DSS) genellikle açıkça AES-256 gerektirir, bu nedenle üretim projeleri maksimum anahtar uzunluğunu kullanmalıdır.

AES çalışma modları

AES blok şifre olarak sabit boyutlu (128 bit) blokları şifreler. Rasgele uzunluktaki verileri şifrelemek için çalışma modları kullanılır. Mod seçimi güvenliği kritik şekilde etkiler: yanlış mod AES'in gücünü geçersiz kılabilir.

• ECB (Electronic Codebook) — en basit ve en güvensiz mod. Her blok aynı anahtarla bağımsız olarak şifrelenir. Aynı düz metin blokları aynı şifreli metin bloklarını üretir ve veri yapısının kurtarılmasına izin verir. Tüm modern güvenlik standartlarında yasaklanmıştır. Mobil uygulamalarda ASLA ECB kullanmayın.
• CBC (Cipher Block Chaining) — önceki her şifreli metin bloğu bir sonraki için başlatma vektörü (IV) olarak kullanılır. Her mesaj için rastgele bir IV gerektirir. Yanlış uygulandığında padding oracle saldırılarına karşı savunmasızdır. Dosya şifreleme için uygundur ancak veri bütünlüğü için MAC (HMAC) gerektirir.
• GCM (Galois/Counter Mode) — mobil uygulamalar için önerilen moddur. Kimlik doğrulamalı şifreleme (AEAD) sağlar: tek işlemde şifreleme + bütünlük doğrulaması. Anahtar akışı oluşturma için sayaç ve kimlik doğrulama için Galois alanı çarpımı kullanır. GCM, her mesaj için benzersiz bir nonce (12 bayt) gerektirir. NIST tarafından önerilir, TLS 1.2/1.3 ve Android Keystore'da kullanılır.
• CCM (Counter with CBC-MAC) — CTR + CBC-MAC tabanlı alternatif bir AEAD modu. GCM'den yavaştır ve paralel işlemeyi desteklemez. ZigBee ve 802.11 (Wi-Fi) protokollerinde kullanılır. Mobil uygulamalar için GCM tercih edilir.

Mobil projeler için 12 baytlık nonce ile AES-256-GCM kullanın. GCM aynı anda iki sorunu çözer: veri şifreleme ve kimlik doğrulama, padding oracle ve seçilmiş şifreli metin saldırılarını önler. Android Keystore ve iOS CryptoKit, ek kriptografik ilkellere ihtiyaç duymadan AES-GCM'yi yerel olarak destekler. GCM ile çalışırken, aynı anahtarla nonce'u asla yeniden kullanmamak kritiktir — bu, şifreleme güvenliğini tamamen yok eder. Her şifreleme için yeni bir rastgele nonce oluşturun ve bunu şifreli metinle birlikte saklayın.

Mobil uygulamalarda AES uygulaması

Jetpack Security kullanarak Android'de güvenli AES-256-GCM uygulaması örneğine bakalım. Aşağıdaki kod tam döngüyü gösterir: MasterKey aracılığıyla AES-256 anahtarı oluşturma, ek kimlik doğrulamalı verilerle (AAD) bir dizeyi şifreleme ve şifresini çözme.

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 çözümün temel özelliği, AES-256-GCM'nin iki seviyede kullanılmasıdır: anahtar-değer çiftlerini (PrefValueEncryptionScheme) şifrelemek ve anahtar adlarının kendisini korumak için (PrefKeyEncryptionScheme, nonce yeniden kullanımına dirençli AES-256-SIV kullanır). MasterKey, AES-256-GCM algoritması kullanılarak oluşturulur ve Trusted Execution Environment'a sahip cihazlarda donanım korumalı Android Keystore'da saklanır. Donanım desteği (TEE) olmayan cihazlarda anahtar, Bouncy Castle aracılığıyla şifrelenir ve bu, SharedPreferences'te saklamaktan hala daha güvenlidir.

Büyük veri hacimlerinin (örneğin, resimler veya dosyalar) doğrudan şifrelenmesi için AndroidX Security'den EncryptedFile aracılığıyla AES-256-GCM kullanın. Anahtar dışa aktarma (örneğin, yedekleme için) için, PBKDF2 ile 100000+ yineleme kullanarak kullanıcı şifresiyle ek şifreleme kullanın.

CryptoKit aracılığıyla iOS'ta AES

iOS'ta AES işlemleri CryptoKit çerçevesi (Swift 5.0+) aracılığıyla düzenlenir. Bir AES-256 anahtarı SymmetricKey(size: .bits256) aracılığıyla oluşturulur ve Secure Enclave'de saklanır — ana CPU ve işletim sisteminden izole edilmiş bir donanım kripto işlemcisi. CryptoKit iki AES uygulaması sağlar: AES.GCM (önerilen) ve AES.CBC (eski biçimlerle geriye dönük uyumluluk için). Şifreleme, verileri, anahtarı ve nonce'u (12 bayt) alan ve şifreli metin ile kimlik doğrulama etiketini içeren bir yapı olan AES.GCM.SealedBox döndüren seal() yöntemi aracılığıyla gerçekleştirilir. Şifre çözme open() aracılığıyla yapılır. Apple, CommonCrypto'yu doğrudan kullanmamayı şiddetle tavsiye eder: CryptoKit otomatik olarak en uygun parametreleri seçer, yan kanal saldırılarına karşı korur ve Apple Silicon işlemcilerde AES-NI donanım hızlandırmasını kullanır. Secure Enclave'li cihazlarda anahtarlar donanım modülünden asla ayrılmaz ve uygulamanın tamamen tehlikeye girmesi durumunda bile hırsızlığı önler. Anahtar serileştirme için withUnsafeBytes yöntemini ve ardından kSecAttrAccessible = kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly özelliğiyle SecItemAdd aracılığıyla Keychain'de saklamayı kullanın.