Abschlussbericht

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Trusted Sensor Node
AddKey
Die Schlüsseladdition wird durch eine binäre XOR-Operation ausgeführt.
S-Box Die Substitutions-Box (S-Box) ist eine nichtlineare Abbildung eines Bytes auf ein
anderes. Dazu wird vom Eingangswert x in GF(2 8 ) das multiplikative Inverse x −1 (in Formel
2.2 gilt: x −1 entspricht z0 bis z7) gebildet. Anschließend wird eine Matrixmultiplikation
mit der vorgegebenen Matrix c ausgeführt und der Vektor (11000110) addiert (siehe Formel
2.2). Die Ausführung der S-Box ist so gewählt, dass kein Bytewert auf sich selbst
abgebildet wird, da dies ein potentieller Ansatzpunkt für Kryptoanalysen wäre. Da die S-
Box-Transformation jeweils auf ein Byte angewendet wird, sind 16 dieser Transformationen
pro Runde notwendig.
⎡ ⎤ ⎡
⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤
y0 1 0 0 0 1 1 1 1 z0 1
y1
1 1 0 0 0 1 1 1
z1
1
y2
1 1 1 0 0 0 1 1
z2
0
y3
y4
=
1 1 1 1 0 0 0 1
z3
1 1 1 1 1 0 0 0
z4
+
0
0
⎢y5
⎥ ⎢0 1 1 1 1 1 0 0
⎥ ⎢z5
⎥ ⎢1
⎥
⎣y6⎦
⎣0 0 1 1 1 1 1 0⎦
⎣z6⎦
⎣1⎦
y7 0 0 0 1 1 1 1 1 z7 0
(2.2)
ShiftRow Die Bytes der Matrix rotieren in Abhängigkeit von der Zeilennummer i (i = 0 bis
3) um i Stellen nach links (zyklisches Shiften, siehe Formel 2.3).
⎡
⎤ ⎡
⎤
00 01 02 03 00 01 02 03
⎢10 11 12 13
⎥
⎣20 21 22 23⎦ ⇒ ⎢11 12 13 10
⎥
⎣22 23 20 21⎦ (2.3)
30 31 32 33 33 30 31 32
MixColumn Während die S-Box-Operation sich byteweise auswirkt, ist die MixColumn-
Transformation eine Interaktion zwischen den 4 Bytes einer Spalte y0, j bis y3, j für j = 0
bis 3 in GF(2 8 ). Dazu wird eine Matrixmultiplikation der Spalte j (j = 0 bis 3) mit der Matrix
c ausgeführt (siehe Formel 2.4).
⎡ ⎤ ⎡
⎤ ⎡ ⎤
y0, j 02 03 01 01 z0, j
⎢y1, j
⎥
⎣y2, j⎦ ⇐ ⎢01 02 03 01
⎥ ⎢z1, j
⎥
⎣01 01 02 03⎦
⎣z2, j⎦ ∀j ∈ [0, 1, 2, 3] (2.4)
y3, j 03 01 01 02 z3, j
Schlüsselexpansion In jeder der elf Runden wird ein neuer Rundenschlüssel mit der
Länge von 128 Bit benötigt. Der Schlüssel wird analog zu den Eingangsdaten auf eine
4x4-Byte-Matrix abgebildet. Die Generierung eines neuen Rundenschlüssels besteht aus
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