Unterschiede

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-====== AES etwas genauer betrachtet ======
-Um diesen Abschnitt bearbeiten zu können, solltest du mit den wesentlichen Begriffen der modernen symmetrischen Kryptoverfahren vertraut sein.
-===== Schlüssellänge und Rundenzahl =====
-Die **Blocklänge** des AES beträgt **128 Bit**. Die AES-Schlüssellänge kann  wahlweise auf 128, 192 oder 256 Bit festgelegt werden, die Rundenzahl hängt von der gewählten Schlüssellänge ab:
-^Schlüssellänge ^ Rundenzahl ^
-|128 Bit | 10  |
-|192 Bit | 12  |
-|256 Bit | 14  |
-===== Klartextblock als Matrix =====
-Alle Operationen werden auf einer 4x4 Byte Matrix ausgeführt, dazu werden die 128Bit des Klartextblocks wie folgt angeordnet:
-{{ :faecher:informatik:oberstufe:kryptographie:aes_detail:aes_matrix.drawio.png |}}
-===== Rundenaufbau =====
-Wir betrachten nur den AES mit 128Bit Schlüssellänge und 10 Runden.
-Der AES verfügt über die folgenden Operationen, die im Ablauf der Runden zum Einsatz kommen und auf der 4x4 Byte Matrix ausgeführt werden:
-  * SubBytes
-  * ShiftRow
-  * MixColumn
-  * AddRoundKey
-Die mathematischen Details der Operationen beleuchten wir an dieser Stelle nicht.
-Der Ablauf ist wie folgt:
-{{ :faecher:informatik:oberstufe:kryptographie:aes_detail:aes_flow.drawio.png |}}
-----
-{{:aufgabe.png?nolink  |}}
-=== (A1) ===
-Wieviele Rundenschlüssel sind nötig? Wie viel (Bit/Byte) Schlüsselmaterial muss bei der Schlüsselaufbereitung erzeugt werden? Ein Rundenschlüssel ist 16Byte lang.
-Beobachte die Schlüsselaufbereitung im [[https://www.cryptool.org/de/cto/aes-step-by-step|Cryptool]]. Klappe die Abschnitte ''Schlüssel'' und ''Erweiterter Schlüssel'' aus. Ändere anschließend den Wert für den Schlüssel und beobachte, was im Feld erweiterter Schlüssel geschieht.
-Überprüfe, ob die Menge des Schlüsselmaterials beim erweiterten Schlüssel mit deinen eigenen Überlegen übereinstimmt.
-{{ :faecher:informatik:oberstufe:kryptographie:aes_detail:auswahl_205.png?400 |}}
-===== Was macht SubBytes? =====
-Die Rundenfunktion "SubBytes" dient zur **kryptographischen Konfusion** und ist mit einer S-Box realisiert. Die AES S-Box ist eine feste Zuordnungstabelle, in der für jeden Byte-Wert von 00 bis FF (0-255) festgelegt ist, durch welchen anderen Byte-Wert ein Eingabebyte ersetzt werden soll.
-Bei der Ersetzung wird nun jedes Byte der 4x4 Matrix durch seine entsprechende Ersetzung ersetzt. Im [[https://www.cryptool.org/de/cto/aes-step-by-step|Cryptool]] kann man die AES S-Box sehen:
-{{ :faecher:informatik:oberstufe:kryptographie:aes_detail:auswahl_206.png |}}
-Dabei sind 2 Hexadezimale Stellen jeweils ein Byte und man zählt vom Beginn der S-Box an von 00 bis FF (von 0 bis 255), damit ergeben sich folgende Ersetzungen:
-<code>
--> 63
--> 7c
--> 77
-...
-fe -> bb
-ff -> 16
-</code>
-----
-{{:aufgabe.png?nolink  |}}
-=== (A2) ===
-Mache dir zunächst noch einmal klar, dass 2 hexadezimale Ziffern 8 Bit, also ein Byte repräsentieren.
-++++ Hilfestellung |
-{{ :faecher:informatik:oberstufe:kryptographie:aes_detail:hexbitsbytes.drawio.png |}}
-++++
-Arbeite im [[https://www.cryptool.org/de/cto/aes-step-by-step|Cryptool]] zunächst mit dem Schlüssel ''00000000 00000000 00000000 00000000'' und der Eingabe ''00010203 04050607 08091011 fcfdfeff''.
-Das hat zur Folge, dass die erste Anwendung von **AddRoundKey** auf den Eingabetext - bevor die Runden beginnen - keine Auswirkung auf die Bitfolge hat, auf die die S-Box angewandt wird.
-Mache dir klar, dass die Eingabe von 0 beginnend hoch zählt (12Bytes weit), beziehungsweise von 255 beginnend abwärts zählt (4Bytes weit).
-**Tipp:** Wenn du im Cryptool die Bytes der Ergebnisse der Rundenoperationen anklickst, veranschaulicht Cryptool durch dünne Linien, wie der Byte-Wert zustandekommt.
-++++ Screenshot |
-{{ :faecher:informatik:oberstufe:kryptographie:aes_detail:auswahl_211.png |}}
-++++
-  * Vollziehe die Funktionsweise der S-Box an diesem Beispiel nach, indem du die Ersetzungen der ersten 12 sowie der letzten 4 Bytes im Feld ''nach S-Box:'' des Cryptool überprüfst.
-  * Ändere den Eingabetext und beobachte die Auswirkungen. Findest du passende Ersetzungen?
-  * Ändere den Schlüssel und beobachte die Auswirkungen: Warum ändert sich jetzt die Bitfolge für das  Feld ''Eingabe für Runde 1''?
-Zusatzfrage: Welcher Text ist in der folgenden Eingabe codiert? ''496e666f 20697374 20746f6c 6c21210a''
-===== Die Funktionsweise von ShiftRow ====
-**ShiftRow** dient zur **kryptographischen Diffusion**. Im Cryptool wird "ShiftRow" als **Permutation** (Vertauschung) benannt.
-Anschaulich rotiert ShiftRow die Bytes in den Zeilen der 4x4 Matrix des Byte-Blocks:
-{{ :faecher:informatik:oberstufe:kryptographie:aes_detail:shiftrow.drawio.png |}}
-Im Cryptool ist die Permutation durch eine entsprechende Bytefolge im Abschnitt Konfiguration festgelegt. Für den "Standard AES" Algorithmus wird stets getauscht, wie im Bild dargestellt.
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-{{:aufgabe.png?nolink  |}}
-=== (A3) ===
-Vollziehe im Cryptool nach, dass die Bytes in den Zeilen tatsächlich so vertauscht werden, wie im Bild oben dargestellt. Schreibe die Bytes dazu als passende Matrix auf.
-Wie gelangt man von der Darstellung im Cryptool (z.B.: ''637c777b f2556fc5 3001ca82 b054bb16'' zur Matrix wie im Bild dargestellt?
-===== MixColumn =====
-Die Funktion MixColumn trägt wie ShiftRow zur **Diffusion** bei. Im Vergleich zum sehr simplen ShiftRow ist MixColumn komplexer, es wird eine spezielle "Multiplikation" der Bytes in der Matrix verwendet, welche mit  "Exklusiv-Oder" Verknüpfungen kombiniert wird. Eine genaue Betrachtung führt an dieser Stelle zu weit.
-**Wichtig:** Während ShiftRow für eine Durchmischung der Zeilen sorgt, führt **MixColumn ein spaltenweises Mischen** durch.