AES(Advanced Encryption Standard)とは？意味をわかりやすく簡単に解説

AES(Advanced Encryption Standard)とは、アメリカ国立標準技術研究所が2001年に制定した共通鍵暗号方式の標準規格です。ベルギーの暗号学者が開発したRijndael(ラインダール)というアルゴリズムが採用され、世界中で広く利用されています。

AESは128ビット、192ビット、256ビットの3種類の鍵長に対応しており、鍵長が長いほど高い安全性を実現できます。ブロック暗号方式を採用しているため、128ビット単位でデータを暗号化および復号化する仕組みとなっています。

AESの暗号化処理における4つの変換ステップ

AESの暗号化処理は、SubBytes(バイト置換)、ShiftRows(行シフト)、MixColumns(列混合)、AddRoundKey(鍵加算)という4つの変換ステップを繰り返し実行します。鍵長が128ビットの場合は10ラウンド、192ビットの場合は12ラウンド、256ビットの場合は14ラウンドの処理を行う仕様です。

最終ラウンドではMixColumnsの処理を省略し、SubBytes、ShiftRows、AddRoundKeyの3つの変換のみを実行する点が特徴となります。復号化処理では、各変換ステップの逆変換であるInvSubBytes、InvShiftRows、InvMixColumns、AddRoundKeyを逆順に適用していきます。

Pythonにおける暗号化ライブラリを用いた実装方法

PythonでAES暗号化を実装する際は、pycryptodomeライブラリのCipher.AESモジュールを使用するのが一般的な方法となります。暗号化モードとしては、CBC(Cipher Block Chaining)やGCM(Galois/Counter Mode)などから用途に応じて選択できます。

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Random import get_random_bytes

key = get_random_bytes(16)
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC)
plaintext = b'Hello World 1234'
ciphertext = cipher.encrypt(plaintext)

上記のサンプルコードでは、128ビット鍵を生成してCBCモードで平文を暗号化しており、cipher.ivで初期化ベクトルを取得できます。復号化する際は同じ鍵と初期化ベクトルを使用して、AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv=cipher.iv)で復号化オブジェクトを生成し、decrypt()メソッドを実行する流れです。

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