AES (Rijndael) là tiêu chuẩn mã hóa khối 128-bit, khóa 128/192/256-bit (10/12/14 vòng). Sau 20+ năm phân tích, không có tấn công thực tế phá vỡ AES đầy đủ vòng. Các nghiên cứu lý thuyết tập trung vào phiên bản giảm vòng (reduced-round).
1. Linear Cryptanalysis (Tuyến tính)
Tìm xấp xỉ tuyến tính: P·α ⊕ C·β = K·γ với xác suất p ≠ ½. Bias ε = |p - ½|. Cần ~1/ε² known plaintexts.
- AES: S-box 8-bit có bias tối đa 2⁻³ (tuyệt đối). Sau 4 vòng bias cực nhỏ.
- Kết quả tốt nhất: 7 vòng AES-128 (2⁹⁹ data, 2⁹⁹ time) — không thực tế.
2. Differential Cryptanalysis (Vi phân)
Tìm differential characteristic: ΔP → ΔC với xác suất cao. S-box AES: xác suất tối đa 4/256 = 2⁻⁶ mỗi S-box hoạt động.
- Wide-trail design của AES đảm bảo số S-box hoạt động tăng nhanh theo vòng.
- Kết quả tốt nhất: 7 vòng AES-128 (2¹⁰⁴ chosen plaintexts) — không thực tế.
3. Boomerang Attack (Bumerang)
Kết hợp 2 differential characteristics ngắn (trên/duới) thành quartet (P₁, P₂, P₃, P₄). Wagner 1999.
- Áp dụng AES: 7 vòng (related-key), 8 vòng (chosen-key) — không áp dụng mô hình thực tế.
4. Square / Integral / Truncated Differential
- Square attack (Daemen et al.): Dùng multiset plaintext (một byte duyệt 0-255, khác cố định) → theo dõi tổng XOR = 0 sau 3 vòng. Phá 6 vòng AES.
- Integral attack: Mở rộng Square, dùng độ cân bằng (balanced property). Phá 7 vòng AES-128.
5. Interpolation Attack
Mô hình cipher bằng đa thức bậc cao trên GF(2⁸). Hiệu quả khi biểu thức compact, bậc thấp. AES: S-box x⁻¹ (bậc 254) → đa thức phức tạp, không áp dụng được vòng đầy đủ.
6. Related-Key Attack
Kẻ kiểm soát mối quan hệ giữa khóa (K, K⊕Δ). AES-192/256 key schedule yếu hơn → 9/10 vòng bị phá (Biryukov, Khovratovich 2009). AES-128 không ảnh hưởng. Không thực tế (kẻ không kiểm soát key schedule).
7. Side-Channel Attacks (Tấn công kênh phụ) — Thực tế nhất
- Timing attack: Đo thời gian thực thi (table lookup S-box, branch).
- Cache attack: Flush+Reload, Prime+Probe trên AES-NI/table-based.
- Power/EM analysis: DPA, CPA trên thiết bị nhúng (smartcard, IoT).
- Fault injection: Laser, clock glitch, voltage glitch → suy ra khóa.
Phòng thủ: Constant-time implementation, bitslicing, AES-NI (hardware), masking, shuffling, duplicate computation.
Kết luận
AES đầy đủ vòng (10/12/14) an toàn trước mọi tấn công cryptanalysis công khai. Rủi ro thực tế nằm ở: triển khai sai (side-channel), quản lý khóa kém, dùng sai chế độ (ECB), nonce reuse (GCM/CCM).