एईएस (Advanced Encryption Standard) एल्गोरिद्म क्रिप्टोग्राफी में (AES Algorithm in Cryptography)

परिचय:

AES (Advanced Encryption Standard) आधुनिक समय का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला ब्लॉक सिफर एन्क्रिप्शन एल्गोरिद्म है। इसे 2001 में NIST (National Institute of Standards and Technology) द्वारा DES के स्थान पर अपनाया गया। AES को विशेष रूप से उच्च सुरक्षा, गति और दक्षता को ध्यान में रखकर डिजाइन किया गया था।

यह एल्गोरिद्म Rijndael Algorithm पर आधारित है, जिसे दो बेल्जियन वैज्ञानिकों — Vincent Rijmen और Joan Daemen — ने विकसित किया।

AES की प्रमुख विशेषताएँ:

• Algorithm Type: Symmetric Block Cipher
• Block Size: 128 bits (स्थिर)
• Key Size: 128, 192, या 256 bits
• Number of Rounds: Key Length पर निर्भर करता है
  • 128-bit Key → 10 Rounds
  • 192-bit Key → 12 Rounds
  • 256-bit Key → 14 Rounds
• Structure: Substitution-Permutation Network (SPN)

AES का कार्य सिद्धांत:

AES एक ब्लॉक सिफर है जो 128-बिट डेटा को ब्लॉकों में प्रोसेस करता है। यह एक समान कुंजी (Symmetric Key) का उपयोग करता है। प्रत्येक राउंड में डेटा पर कई ट्रांसफॉर्मेशन लागू किए जाते हैं ताकि Confusion और Diffusion सुनिश्चित हो सके।

AES के चरण:

1. Key Expansion: मूल कुंजी से Round Keys तैयार की जाती हैं।
2. Initial Round: AddRoundKey चरण।
3. Main Rounds: SubBytes → ShiftRows → MixColumns → AddRoundKey।
4. Final Round: SubBytes → ShiftRows → AddRoundKey (MixColumns नहीं)।

1️⃣ Key Expansion:

Key Expansion एल्गोरिद्म द्वारा प्रारंभिक कुंजी से कई राउंड कुंजियाँ (Round Keys) बनाई जाती हैं। उदाहरण के लिए, AES-128 में 11 राउंड कुंजियाँ उत्पन्न होती हैं।

2️⃣ SubBytes Transformation:

यह Substitution चरण है जिसमें प्रत्येक बाइट को S-box के माध्यम से दूसरे बाइट से प्रतिस्थापित किया जाता है। यह Non-Linearity प्रदान करता है और सुरक्षा बढ़ाता है।

3️⃣ ShiftRows Transformation:

डेटा की प्रत्येक पंक्ति को एक निश्चित संख्या में बाएँ शिफ्ट किया जाता है। इससे Diffusion बढ़ती है।

Row	Shifts (Bytes)
Row 0	0
Row 1	1
Row 2	2
Row 3	3

4️⃣ MixColumns Transformation:

प्रत्येक कॉलम को एक मैट्रिक्स के साथ गुणा किया जाता है (Galois Field GF(2⁸) में)। यह चरण विभिन्न बाइट्स को एक-दूसरे से जोड़कर Diffusion को और मजबूत करता है।

5️⃣ AddRoundKey Transformation:

हर राउंड में डेटा को संबंधित Round Key के साथ XOR किया जाता है। यह चरण Key Mixing सुनिश्चित करता है।

AES का गणितीय प्रतिनिधित्व:

CipherText = AES_Encrypt(PlainText, Key)
PlainText = AES_Decrypt(CipherText, Key)

AES Encryption का उदाहरण:

Plain Text: 00112233445566778899AABBCCDDEEFF Key: 000102030405060708090A0B0C0D0E0F Cipher Text (AES-128): 69C4E0D86A7B0430D8CDB78070B4C55A

AES की विशेषताएँ और लाभ:

• बहुत तेज़ और कुशल एन्क्रिप्शन।
• हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर दोनों में आसानी से लागू किया जा सकता है।
• Brute Force और Differential Cryptanalysis दोनों से सुरक्षित।
• VPN, Wi-Fi (WPA2), SSL/TLS और मोबाइल एप्लिकेशनों में व्यापक उपयोग।

AES की सीमाएँ:

• Key Management एक चुनौती है।
• Side-Channel Attacks (जैसे Power Analysis) से संभावित खतरा।

DES और AES की तुलना:

पैरामीटर	DES	AES
Block Size	64 bits	128 bits
Key Size	56 bits	128/192/256 bits
Structure	Feistel Network	Substitution-Permutation Network
Security Level	Low	High
Standardized By	NIST (1977)	NIST (2001)

निष्कर्ष:

AES आधुनिक डेटा सुरक्षा का मानक है। इसकी कुशलता, लचीलापन और मजबूत गणितीय संरचना इसे सरकारी, बैंकिंग, और औद्योगिक डेटा सुरक्षा के लिए उपयुक्त बनाती है। AES की मजबूत Key Structure इसे भविष्य के Quantum Computing खतरों से भी आंशिक रूप से सुरक्षित बनाती है।