Analizando operaciones con AESphere (Parte 3: MixColumns)

    En una entrada anterior se ha hablado del programa de cifrado AESphere.

  Este programa, principalmente de uso educativo, cifra y descifra textos en formato ECA {Estándar de Cifrado Avanzado ["Advanced Encryption Standard" ("AES"), en inglés]}, que es un algoritmo de cifrado simétrico de bloques, que cifra bloques de 128 bits usando claves de 128, 192 o 256 bits, repitiendo un proceso de sustitución, transposición y mezcla en múltiples rondas para lograr alta seguridad y velocidad, convirtiéndose en un estándar abierto para aplicaciones públicas y privadas.

  Este algoritmo utiliza varias operaciones, una de las cuales es la MixColumns.

MIXCOLUMNS

  MixColumns es una transformación clave que mezcla los bytes de cada columna de la matriz de estado mediante una multiplicación matricial en un Campo de Galois {[GF(2^8)], estructura matemática con un número limitado de elementos (finito) que cumple las reglas de la aritmética (suma, resta, multiplicación, división)}, lo que difunde los cambios de un byte a múltiples bytes en la columna, aumentando la confusión y difusión de los datos para hacer el cifrado más seguro y resistente a ataques criptográficos.

  Su funcionamiento consta de:

•   Operación por columna: Toma cada columna de la matriz de estado (un arreglo 4x4 de bytes) y la procesa de forma independiente.
•   Multiplicación matricial: Cada byte de la columna se multiplica por una matriz fija usando operaciones matemáticas específicas de un campo finito (GF(2^8)), no la aritmética estándar.
•   Difusión: Asegura que un cambio en un byte original se propague a varios bytes en la siguiente etapa, rompiendo patrones y dificultando el criptoanálisis.

  Esta operación es esencial para la seguridad de ECA porque mezcla linealmente los datos dentro de cada columna, combinando los bytes de manera compleja para lograr una fuerte difusión.

REVISIÓN DE MIXCOLUMNS EN AESPHERE

  En la pantalla de operaciones, se pulsa sobre el recuadro de MixColumns.

  Aparece una nueva ventana donde el usuario puede probar el funcionamiento de MixColumns, la operación de mezclado que opera en las columnas de la matriz, combinando los cuatro bytes en cada columna usando una transformación lineal.

  Dicha ventana posee un un menú, en la parte superior izquierda con las opciones: "Archivo" (permite salir de la pantalla), "Edición" (permite acceder a distintas operaciones relativas al copiado en matrices), "Ayuda" (opciones para acceder al archivo de ayuda).

  Además, tiene varios botones:

•   Ayuda: Situado en la parte superior derecha de la ventana (un círculo azul con un signo de cierre de interrogación blanco), permite acceder al archivo de ayuda del programa.
•   Aleatorio: Situado bajo la sección "ENTRADA", introduce valores aleatorios  en los campos para una matriz.
•   Atrás: Sale de la ventana.
•   Ejecutar: El programa comprueba si los valores son correctos y, de ser así, realizará la transformación.

    En la sección "ENTRADA" hay unos campos para una matriz donde el usuario puede introducir parejas de valores hexadecimales para poder realizar la transformación. Dichos valores pueden introducirse manualmente, a través de la opción "Editar" del menú (eligiendo la opción "Pegar entrada", la cual pegará el contenido del portapapeles sobre las celdas de la matriz), o pulsando en el botón "Aleatorio".

  La sección "SALIDA" mostrará el resultado de la transformación.

 En este ejemplo, se usarán valores aleatorios en la matriz.

  Aguardo que la presente entrada haya sido interesante para el lector; de ser así, espero que éste la comente y/o la comparta, por favor.