AES-ECB (Electronic CodeBlock)とは
平文を 16 バイトブロックごとに暗号化して暗号文を作り、復号もブロックごとに復号するというAES暗号の中で最も単純な暗号利用モードです。
引用：File:ECB encryption.svg - Wikimedia Commons
上記の図のように平文を16バイトのブロックに分割し、ブロックごとに暗号化を行います。
block cipher encryptionの中は上記のようになっており、鍵長によって決まった回数分、以下の４つの処理を繰り返します。
・SubBytes
・ShiftRows
・MixColumns
・AddRoundKey
AES-ECBでは、SubBytesとAddRoundKeyのみ使用します。
実装
import os ## ラウンド数の決定 def decision_round_num(key): if len(key) == 16: round_num = 10 elif len(key) == 24: round_num = 12 elif len(key) == 32: round_num = 14 else: round_num = 10 return round_num ## ブロック単位の暗号化 def aes_encrypt_block(block, key): # 鍵を16バイトごとに分割 key_schedule = [key[i:i+16] for i in range(0, len(key), 16)] # ラウンド数の決定 round_num = decision_round_num(key) # AddRoundKey state = [block[i] ^ key_schedule[0][i] for i in range(16)] # ラウンド数だけループ for num in range(1, round_num+1): # SubBytes state = [sbox[b] for b in state] # AddRoundKey state = [state[i] ^ key_schedule[num%len(key_schedule)][i] for i in range(16)] return state ## ブロック単位の復号化 def aes_decrypt_block(block, key): # 鍵を16バイトごとに分割 key_schedule = [key[i:i+16] for i in range(0, len(key), 16)] # ラウンド数の決定 round_num = decision_round_num(key) state = block # ラウンド数だけループ（逆順） for num in range(round_num, 0, -1): # AddRoundKey state = [state[i] ^ key_schedule[num % len(key_schedule)][i] for i in range(16)] # InvSubBytes state = [sbox_inv[b] for b in state] # AddRoundKey state = [state[i] ^ key_schedule[0][i] for i in range(16)] return state # AES EBCモード暗号化 def aes_encrypt(plaintext, key): # パディング（AESは16バイトごとのブロックで暗号化を行うため、平文が16の倍数になるようにするため） plaintext += b'\x00' * (16 - len(plaintext) % 16) # ブロックごとに暗号化 encrypted_blocks = [] for i in range(0, len(plaintext), 16): block = [plaintext[i + j] for j in range(16)] encrypted_block = aes_encrypt_block(block, key) encrypted_blocks.extend(encrypted_block) return bytes(encrypted_blocks) # AES EBCモード復号化 def aes_decrypt(ciphertext, key): # ブロックごとに復号化 decrypted_blocks = [] for i in range(0, len(ciphertext), 16): block = [ciphertext[i + j] for j in range(16)] decrypted_block = aes_decrypt_block(block, key) decrypted_blocks.extend(decrypted_block) return bytes(decrypted_blocks) # S-box sbox = [ 0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76, 0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0, 0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15, 0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75, 0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84, 0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf, 0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8, 0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2, 0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73, 0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb, 0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79, 0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08, 0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a, 0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e, 0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf, 0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16 ] # 16, 24, 32バイトの鍵を生成（ここではランダムに生成） key = os.urandom(32) # 暗号化するデータ data_to_encrypt = b"Hello, AES encryption!" # 暗号化 encrypted_data = aes_encrypt(data_to_encrypt, key) print("Encrypted:", encrypted_data.hex()) # 復号化 # S-boxの逆変換テーブル sbox_inv = [sbox.index(b) for b in range(256)] # 復号化 decrypted_data = aes_decrypt(encrypted_data, key) print("Decrypted:", decrypted_data.decode())
