Công cụ mã hóa/giải mã Serpent

Serpent là một mật mã khối đối xứng, là một trong năm thuật toán vào chung kết cuộc thi AES (Advanced Encryption Standard). Được thiết kế bởi Ross Anderson, Eli Biham và Lars Knudsen, nó được coi là thiết kế bảo thủ nhất trong số các ứng cử viên vào chung kết.

Mặc dù Rijndael (nay là AES) đã thắng cuộc thi chủ yếu nhờ hiệu suất tốt hơn, Serpent có biên độ an toàn cao nhất trong số tất cả các thuật toán vào chung kết. Nó sử dụng kích thước khối 128-bit và hỗ trợ kích thước khóa 128, 192 hoặc 256 bit, với 32 vòng mã hóa so với 10-14 của AES.

Thiết kế của Serpent ưu tiên bảo mật hơn tốc độ, sử dụng cấu trúc mạng thay thế-hoán vị (SPN). Cách tiếp cận bảo thủ và biên độ an toàn lớn làm cho nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng mà bảo mật là ưu tiên hàng đầu.

Đặc điểm chính

• Kích thước khối 128-bit: Giống như AES, xử lý dữ liệu theo khối 16 byte
• Độ dài khóa thay đổi: Hỗ trợ khóa 128, 192 và 256-bit
• 32 vòng: Nhiều vòng hơn AES (10-14), cung cấp biên độ an toàn cao hơn
• Thiết kế bảo thủ: Ưu tiên bảo mật hơn hiệu suất với các thành phần được phân tích kỹ lưỡng
• Không có bằng sáng chế: Hoàn toàn tự do sử dụng mà không lo về vấn đề bản quyền

Các chế độ mã hóa

• CBC: Mỗi khối văn bản gốc được XOR với khối mã hóa trước đó trước khi mã hóa. Yêu cầu IV, an toàn nhất cho sử dụng chung.
• ECB: Mỗi khối được mã hóa độc lập. Không cần IV, nhưng văn bản gốc giống nhau tạo ra văn bản mã giống nhau. Không khuyến nghị cho dữ liệu nhạy cảm.
• CFB: Chuyển đổi mật mã khối thành mật mã dòng. Yêu cầu IV, cho phép mã hóa dữ liệu nhỏ hơn kích thước khối.
• OFB: Chế độ phản hồi đầu ra, chuyển đổi mật mã khối thành mật mã dòng. Yêu cầu IV, lỗi trong văn bản mã không lan truyền.

Bối cảnh cuộc thi AES

Năm 1997, NIST công bố cuộc thi để chọn tiêu chuẩn mã hóa mới thay thế DES. Serpent là một trong 15 ứng cử viên ban đầu và đã lọt vào top năm.

Năm thuật toán vào chung kết là: Rijndael (người chiến thắng), Serpent, Twofish, RC6 và MARS. Mặc dù Rijndael trở thành AES nhờ hiệu suất tốt hơn, Serpent được ghi nhận có biên độ an toàn cao nhất.

Nhiều nhà mật mã học khuyến nghị Serpent cho các ứng dụng mà bảo mật quan trọng hơn tốc độ, vì thiết kế bảo thủ của nó để lại nhiều dư địa hơn cho các tiến bộ phân tích mật mã tiềm năng trong tương lai.

Cân nhắc về bảo mật

• Serpent có biên độ an toàn cao nhất trong số các thuật toán vào chung kết AES, với 32 vòng cung cấp bảo vệ đáng kể chống lại các cuộc tấn công tiềm năng.
• Không có cuộc tấn công thực tế nào chống lại Serpent 32 vòng đầy đủ đã được công bố. Cuộc tấn công tốt nhất được biết hoạt động chống lại 12 vòng.
• Luôn sử dụng CBC hoặc các chế độ chuỗi khác thay vì ECB để bảo mật tốt hơn với dữ liệu thực tế.
• Sử dụng IV duy nhất cho mỗi thao tác mã hóa với cùng một khóa để ngăn phân tích mẫu.

Trường hợp sử dụng

• Ứng dụng bảo mật cao: Hệ thống quân sự, chính phủ và tài chính yêu cầu biên độ an toàn tối đa
• Bảo vệ dữ liệu dài hạn: Mã hóa lưu trữ nơi dữ liệu cần an toàn trong nhiều thập kỷ
• Bảo mật tối đa: Khi bạn muốn biên độ an toàn bổ sung vượt xa những gì AES cung cấp
• Nghiên cứu học thuật: Nghiên cứu thiết kế mật mã khối và phân tích mật mã

Tài liệu tham khảo

• Tài liệu cuộc thi AES của NIST
• Wikipedia - Serpent (mật mã)
• Bài báo gốc về Serpent của Anderson, Biham và Knudsen