Kryptografie (3) : Blowfish und AES

Die beiden Verschlüsselungsalgorithmen Blowfish und AES (Advanced Encryption Standard) basieren auf das Feistel-Verfahren. Zunächst wird das Verfahren Blowfish betrachtet.

Blowfish

Blowfish funktioniert genauso wie das Feistel-Verfahren, nur mit dem Unterschied, dass beide Teilwörter in jeder Runde verändert werden. Bei dem Feistel-Verfahren wurde immer nur das linke Teilwort verändert.
Die Verschlüsselung mit Blowfish findet in zwei Phasen statt.

In der ersten Phase werden anhand des Secret-Key S die Teilschlüssel und der Inhalt von mehreren S-Boxen (Substitutionsboxen) berechnet. Diese Aufgabe übernimmt eine Funktion F. Eine Substitutionsbox ersetzt den Inhalt eines Byteblocks durch einen anderen Inhalt.

In der zweiten Phase findet die eigentliche Verschlüsselung des Klartextes statt. Die Teilschlüssel, die bei Blowfish berechnet werden haben eine Länge von 32-bit (4 Byte). Es finden 16 Runden statt und die Blockgröße, also die Klartextlänge, beträgt 64-bit (8 Byte). Die Schlüsselläge, womit die Teilschlüssel berechnet werden, ist Variable und beträgt mindestens 32-bit und maximal 448-bit.

AES (Advanced Encryption Standard)

Der AES ist eine Verbesserung Gegenüber dem DES (Data Encryption Standard) und ist noch bis heute ein Standard-Verschlüsselungsalgorithmus, der als symmetrische Verschlüsselung eingesetzt wird.
Genauso wie bei Blowfish findet bei AES eine komplette Verarbeitung des Klartextes statt. Der Standard sieht vor, dass die Schlüssellänge 128-bit, 192-bit oder 256-bit betragen muss. Die Blockgröße für den Klartext kann frei gewählt werden. Durch die freie Wahl der Schlüssel- und Blocklänge gilt AES als sicherer im Gegensatz zum DES. Dort durfte die Blockgröße nur 64-bit betragen und die Schlüssellänge nur 56-bit. Streng genommen beträgt die Schlüssellänge auch 64-bit, allerdings sind 8-bits sogenannte Paritätsbits. Diese Paritätsbits dienen der Fehlererkennung. Die Anzahl der Runden wird durch die Schlüssellänge und der Blockgröße bestimmt. In den jeweiligen Runden finden vier Operationen statt.

Für das bessere Verständnis wird jeder Block als eine Matrix dargestellt. Jeder Block hat eine Größe von 1 Byte (8 bit).

• Schritt 1 : Ersetzen der Blöcke durch eine Substitutionsbox
  Zuerst wird der Inhalt von jedem Block mithilfe einer Substitutionsbox ersetzt.
  

• Schritt 2 : Zyklisches verschieben der Zeilen
  Jede Zeile wird mit einem Muster verschoben. Die erste Zeile bleibt unverändert, die zweite Zeile wird um ein Block verschoben, die dritte Zeile um zwei Blöcke, ...
  

• Schritt 3 : Spalten vertauschen
  Nun werden die einzelnen Spalten der Matrix zufällig vertauscht.
  

• Schritt 4 : Blöcke verschlüsseln
  Jeder Block wird mit dem Secret-Key verschlüsselt. Es entsteht eine neue Matrix die verschlüsselt ist.
  

Nach diesen 4 Schritten ist eine von vielen Verschlüsselungsrunden abgeschlossen. Genau wie bei dem Feistel-Verfahren wird für die Entschlüsselung dieses Verfahren in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen.