Что такое аес: Устройство АЭС — все самое интересное на ПостНауке

Возможен ли новый Чернобыль? Какими могут быть последствия аварии на оккупированной Запорожской АЭС

• Амалия Затари
• Би-би-си

20 августа 2022

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Russian Defence Ministry

Запорожская АЭС в украинском Энергодаре — самая крупная атомная электростанция в Европе. С 4 марта она находится под российской оккупацией, но продолжает работу, и ее по-прежнему обслуживают украинские инженеры. Со второй половины июля ЗАЭС регулярно попадает под обстрелы, в которых воюющие стороны обвиняют друг друга. Сотрудники станции обратились к мировому сообществу с просьбой «не допустить непоправимого» и говорят, что российские войска используют ее как свою военную базу и в качестве щита от украинских атак.

Русская служба Би-би-си рассказывает, чем потенциально могут быть опасны боевые действия вблизи ЗАЭС и удары по каким именно частям станции несут в себе наибольшую угрозу.

Россия захватила Запорожскую АЭС (ЗАЭС), которая производит до пятой части энергии Украины, в начале марта, на вторую неделю войны. Перед оккупацией станции и города Энергодара, где она находится, территория, прилегающая к АЭС, долго обстреливались российскими войсками. Пожар, вспыхнувший в одном из административных корпусов, вызвал тогда большую тревогу в мире.

После захвата станции, как утверждают украинские власти и западные государства, российская армия ведет огонь с территории АЭС. Госсекретарь США Блинкен говорил, что Россия использует станцию как военную базу для обстрела украинцев, осознавая, что те не станут отвечать, потому что это было бы чревато случайным попаданием в ядерный реактор.

Би-би-си писала о том, что российская армия разместила на территории станции реактивные системы залпового огня, а также другое оружие и технику. Москва признает наличие своих военных на ЗАЭС , но отрицает удары с территории станции и обвиняет Украину в создании угрозы атомному объекту.

Петр Котин, глава украинского Энергоатома, утверждает, что на территории станции находится до 50 машин тяжелой военной техники, в том числе «Уралы» со взрывчаткой, и до 500 российских солдат.

Сотрудники Запорожской АЭС рассказывали Би-би-си, что армия России практически держит их в заложниках.

18 августа сотрудники Запорожской АЭС, которые, несмотря на контроль российских военных, по-прежнему обслуживают станцию, опубликовали обращение, в котором просят мировое сообщество «не допустить непоправимого».

Будет ли «второй Чернобыль»?

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

Потенциальную угрозу ядерного взрыва на Запорожской АЭС и его предположительные последствия часто сравнивают с аварией на Чернобыльской АЭС в 1986 году, крупнейшей катастрофой в истории атомной энергетики. Тогда в результате взрыва в реакторе был полностью разрушен один из энергоблоков станции, в атмосферу выброшено огромное количество радиоактивных веществ.

Но сравнивать оккупированную Запорожскую АЭС с Чернобыльской не очень корректно как минимум из-за того, что на станциях установлены разные типы реакторов.

В Чернобыле (ЧАЭС) был реактор типа РБМК — графитовый. Его активная зона содержала значительное количество графита, который играл роль замедлителя нейтронов. В результате аварии в графитовой кладке возник пожар, который внес существенный вклад в распространение радиации. Часть радиоактивного графита была выброшена за пределы активной зоны, заметно затруднив доступ к реактору.

На Запорожской АЭС установлен реактор типа ВВЭР-1000 (водо-водяной). Схема работы водо-водяного реактора в общем выглядит так.

Ядерная энергия преобразуется в тепловую в ходе цепной реакции деления урана, которая поддерживается в активной зоне реактора. Активная зона постоянно охлаждается водой, которая одновременно играет роль замедлителя нейтронов. Разогретая до высокой температуры вода используется для производства пара, который затем подается на турбины, производящие электричество.

При этом насосы должны постоянно поддерживать циркуляцию воды в контуре охлаждения реактора, который включает в себя и корпус реактора. В противном случае температура в активной зоне может повыситься настолько, что это приведет к расплавлению топливных элементов (как это произошло в ходе аварии на Фукусиме).

Тут можно прочитать подробнее, как устроена атомная станция и самый распространенный в мире водо-водяной реактор.

На Запорожской АЭС реактор занимает не очень много места и расположен в самом центре энергоблока, а все остальное пространство в нем занимают краны, бассейны топлива и вспомогательные системы.

Важное отличие Запорожской АЭС от Чернобыльской: реактор на ЗАЭС оснащен защитной оболочкой (ее еще называют «контейнмент»). Это большая герметичная бетонная конструкция со стенами шириной больше метра.

На фотографиях ЗАЭС у энергоблоков видны красные купола — это и есть защитная оболочка. Она рассчитана на то, чтобы в случае каких-либо аварий внутри энергоблока все радиоактивные вещества оставались внутри и не попадали наружу.

Реактор на Чернобыльской АЭС не был защищен герметичной оболочкой, поэтому вся радиация в результате аварии и последующего разрушения энергоблока попала в воздух.

Для сравнения, в 2011 году при аварии на японской АЭС «Фукусима-1» защитная оболочка, которой был оснащен реактор на станции, смогла удержать порядка 98% радиоактивного содержимого, и в воздух было выброшено около 2% тех радиоактивных веществ, которые могли бы выйти наружу, если бы не было контейнмента.

• «Остановитесь и задумайтесь!» — сотрудники Запорожской АЭС выступили с обращением
• «Ситуация почти как в Фукусиме, и не помогает никто». Интервью с инженером оккупированной Запорожской АЭС
• На Запорожской АЭС остановлен энергоблок. МАГАТЭ предупреждает о реальной угрозе ядерной катастрофы

Выдержит ли оболочка обстрелы?

Герметичная оболочка, которой оснащен реактор на ЗАЭС, должна не только удерживать радиацию внутри энергоблока, но и защищать его от внешнего воздействия — это могут быть как природные катаклизмы, так и падения самолетов, террористические атаки и взрывы.

У контейнмента есть определенный запас прочности, но есть и предел. Если падение нетяжелого самолета или взрыв рядом с энергоблоком эта герметичная оболочка в состоянии выдержать, то удар достаточного мощного боезаряда, например, ракетой или бомбой, вполне может привести к ее повреждению.

Означает ли повреждение оболочки, что повреждения получит и находящийся в ней реактор? Работавший в 1988-2009 годах на Чернобыльской АЭС Александр Купный, который несколько лет также работал и на ЗАЭС, где курировал строительство двух энергоблоков, уверен, что повреждение контейнмента не приведет к одномоментному повреждению реактора.

«Для того, чтобы повредить реактор, необходимо высокоточными снарядами в одно место попадать несколько раз. Первые один-два снаряда пробивают гермооболочку, а следующие, попадая в это же отверстие внутрь, могут привеcти к повреждению реактора», — объяснял Купный в одном из своих стримов на YouTube.

В случае если через пробитое в оболочке отверстие произойдет радиоактивный выброс, он в любом случае будет меньше, чем в Чернобыле, и масштаб аварии будет другим, говорит Купный.

«Конечно, будет какое-то заражение на промплощадке. Но это будет местный масштаб, не всемирная катастрофа. Могут пострадать люди, прежде всего персонал станции, жители Энергодара, Каменско-Днепровского района и Никополя. Смотря, куда ветер подует», — подчеркивает физик-ядерщик.

Понятно, что наибольший радиоактивный выброс произойдет в том случае, если у всех энергоблоков ЗАЭС будет пробита оболочка и задет реактор. Последствия такого выброса будут зависеть от скорости и направления ветра: пострадать могут как страны Восточной Европы, Беларусь, так и приграничные области России — Белгородская, Ростовская, Курская, а также аннексированный Россией Крым.

«Вообще реактор и атомная станция — объект довольно сложный. И возможностей для аварий существует довольно много. И прямое поражение защитной оболочки реактора — это не единственная возможность», — отмечает в разговоре с Би-би-си старший научный сотрудник Института ООН по исследованию проблем разоружения Павел Подвиг.

Имеет ли значение, по какому из энергоблоков будет нанесен удар?

Всего на ЗАЭС шесть энергоблоков. Сейчас работают три, причем не на полную мощность, и один из них, как сообщил 6 августа украинский «Энергоатом», был остановлен после обстрела накануне.

Оставшиеся три нерабочих блока выведены из строя и не настолько насыщены радионуклидами (радиоактивными элементами), поэтому выбросы из них в случае повреждения оболочки будут меньше. (Радионуклиды бывают короткоживущими и долгоживущими, различаясь периодом полураспада. Например, у йода-131, опасного радионуклида, который может привести к раку, период полураспада составляет восемь суток. )

Во время аварии на Чернобыльской АЭС топливо оставалось в работающем реакторе. В топливе было накоплено много радионуклидов — и короткоживущих, и долгоживущих. Но в первые дни после аварии в вышедшей наружу радиации преобладали именно короткоживущие нуклиды, которые на тот момент еще не успели распасться, объяснял в своем стриме Купный.

На Запорожской АЭС в неработающих трех энергоблоках короткоживущие нуклиды давно распались, поэтому уровень радиации в них меньше.

В энергоблоке, который в начале августа отключили из-за обстрелов, часть короткоживущих нуклидов, таких как йод-131, распались, но далеко не все. Например, у цезия-134 период полураспада два года, у цезия-137 — 30 лет.

Где еще на ЗАЭС есть радиоактивные вещества?

Помимо реакторов радиоактивные вещества содержатся в отработавшем топливе. Оно становится отработавшим, когда его выгружают из реактора для замены новым.

В отработавшем топливе еще есть достаточно высокая остаточная активность из-за содержащихся в нем радиоактивных продуктов распада. Они продолжают генерировать энергию, поэтому после смены топлива их сначала помещают в так называемый бассейн выдержки.

Бассейны выдержки на Запорожской АЭС расположены внутри контейнмента и представляют из себя бассейны с водой. В них отработавшее топливо находится около пяти лет. Со временем температура и радиоактивность нуклидов снижается, и по истечении пяти лет отработавшее топливо из бассейна выдержки перемещают в сухое хранилище.

Бассейны выдержки — тоже уязвимое место АЭС. В них постоянно должна быть вода, которая охлаждает облученные топливные сборки.

Если в бассейне образуется дырка — например, в результате ракетного удара, — и вода из бассейна уйдет, то тепло, которое выделяют радионуклиды, может привести к достаточно сильному разогреву и даже к возгоранию отработавшего топлива.

Такого рода пожар может в итоге привести к достаточно серьезному выбросу радиоактивности, предупреждает старший научный сотрудник Института ООН по исследованию проблем разоружения Павел Подвиг.

«Но здесь нужно иметь в виду два обстоятельства. Самое главное — что у реактора на ЗАЭС этот бассейн выдержки находится внутри герметичной оболочки. То есть до него еще надо добраться. И повредить его надо определенным образом, чтобы оттуда достаточно быстро ушла вся вода. Потому что если дырка будет маленькой, то в бассейн можно просто доливать воду, и утечки воды не случится. Такой вариант тоже существует. То есть здесь главное не допускать ухода воды, ухода охладителя», — объяснил он Би-би-си.

Также играет роль то, насколько давно отработавшее топливо выгрузили из реактора. Если это сделали только что, то, значит, оно остается наиболее горячим и поэтому представляет наибольшую опасность. Если же оно пролежало уже несколько лет, то вряд ли загорится, даже если оставить его без охлаждения.

Что будет в случае удара по хранилищу с отработавшим топливом?

Особенность Запорожской АЭС — там есть сухое хранилище отработавшего топлива (СХОЯТ). Туда отработавшее топливо помещают после пяти лет в бассейне выдержки, когда оно уже охладилось и его активность упала.

Сухое хранилище — это большие контейнеры, которые рядами стоят на открытой площадке на территории станции. Они могут стоять так десятки лет.

Сухое хранилище — это еще один потенциальный источник радиоактивности. У контейнеров нет никакой герметичной защиты, поэтому они могут быть уязвимы для боевых действий, хотя и обладают определенным запасом прочности.

«Ракетами по ним не стреляли, но из гранатомета во время испытаний стреляли. Они проектируются с тем расчетом, что они будут использоваться при транспортировке. И тут возникает вопрос, как их обезопасить. И расчеты делали, исходя из гранатомета и такого рода воздействия, пожара и так далее. То есть это достаточно устойчивые сооружения», — объясняет Павел Подвиг.

По его словам, если по СХОЯТ будет нанесен, к примеру, ракетный удар, то выброс радиации произойдет (потому что в отработавшем топливе все еще хранятся долгоживущие нуклиды), но он будет локальным, в пределах 10-30 метров.

Из-за того, что в СХОЯТ хранится уже остывшее отработавшее топливо, после удара оно не воспламенится. Пожар сгенерировал бы поток воздуха, который потом вышел бы в атмосферу и там бы мог распространиться.

«А здесь все будет локально, в этом, конечно, тоже нет ничего хорошего, но это опасность другого уровня», — говорит Подвиг.

Сами контейнеры вряд ли повредят, но потеря контроля за ними (а системы контроля и наблюдения за СХОЯТ уже повреждены) чревата непредсказуемыми последствиями, предупреждает в своем стриме Купский: «Это плохо. Когда мы теряем контроль над радиационноопасным объектом — это всегда плохо. Мы не знаем, что происходит внутри этого контейнера».

Чем грозит повреждение линий электропередач?

Запорожская АЭС имеет четыре линии электропередач (ЛЭП). По ним со станции идет энергия, которую она вырабатывает.

Причем как минимум две из них из-за боевых действий оказались выведены из строя. Весной также сообщалось, что перестала работать третья ЛЭП. Какие именно ЛЭП остаются рабочими на данный момент — неизвестно.

Если все ЛЭП выйдут из строя, то все энергоблоки на Запорожской АЭС нужно будет остановить. Остановленные энергоблоки не представляют угрозы, если у станции есть электроэнергия на собственные нужды.

Инженер Запорожской АЭС в интервью Би-би-си говорил, что высоковольтные линии передач на станции уже пострадали от обстрелов.

Если разорвать оставшиеся линии, реакторы начнут быстро нагреваться. В таком случае вариантов развития событий два.

Либо контролирующим АЭС россиянам удастся перебросить мощности АЭС, запитав от них собственную энергосистему, либо быстро начнет расти угроза ядерной катастрофы.

Что будет, если реактор окажется обесточен?

Чтобы запустить в работу новый, еще холодный энергоблок, на атомных электростанциях существуют специальные котельные. Они генерируют тепло для того, чтобы разогреть оборудование перед началом работы.

Особенность Запорожской АЭС в том, что у нее нет своей котельной, и тепло она берет с расположенной рядом Запорожской тепловой электростанции, самой мощной ТЭС в Украине.

Поэтому много энергии на собственные нужды Запорожская АЭС берет у ТЭС. Если реактор окажется обесточен, у него может не оказаться возможности поддерживать работу насосов, которые охлаждают активную зону реактора.

Именно это произошло на «Фукусиме-1». Там были системы, которые должны были обеспечивать охлаждение активной зоны реактора, но из-за мощного цунами они оказались уничтожены, и реактор остался без охлаждения. Несмотря на то, что формально он был остановлен, там все равно оставалось достаточное тепловыделение продуктов распада, и в результате активная зона расплавилась.

Из-за высокой температуры начал генерироваться водород, который в итоге взорвался. В результате произошла разгерметизация защитной оболочки, и какое-то количество радиоактивных веществ вышло наружу.

На случай потери электричества на атомных станциях есть запасные генераторы. На «Фукусиме-1» эти генераторы тоже были выведены из строя цунами.

На Запорожской АЭС есть три дизельных станции, все они находятся на промплощадке. Один запасной дизельный генератор в состоянии работать около суток, при сильной экономии три запасных дизельных станции смогут проработать максимум четверо суток.

Если они перестанут работать и на станцию по-прежнему не будет поступать электричество извне, то охлаждение активной зоны реактора станет невозможным.

В этом случае возможна серьезная авария — вплоть до расплавления активной зоны, как это произошло на Фукусиме.

«Понятно, что АЭС, конечно, рассчитана на какие-то внешние воздействия, но на то, что реактор окажется в зоне военных действий, я думаю, никто всерьез не рассчитывал», — говорит Павел Подвиг.

Если инцидент с повреждением активной зоны или бассейна выдержки будет достаточно серьезным, с повреждением оболочки, то нельзя исключать того, что последствия такой аварии затронут территорию протяженностью 100-200 км, рассуждает он: «Какие-то более слабые повышения радиационного фона могут чувствовать и гораздо дальше. Зависит от ветра».

«Я бы не стал рисовать очень мрачную картину, но, с другой стороны, надо понимать, что могут быть достаточно серьезные последствия в смысле радиоактивного загрязнения», — продолжает эксперт.

«Я не думаю, что этот фон сразу приведет к гибели людей, никто сразу не погибнет. Но понятно, что будет экономический ущерб, потому что будет зона отчуждения. Последствия могут проявиться не сразу, но в долгосрочной перспективе они могут быть очень серьезными», — предупреждает он.

• LIVE: Последние новости в режиме реального времени
• ЛИЧНЫЕ ИСТОРИИ: Не смыкая глаз. Жизнь в городе, который бомбят и днем, и ночью
• ИНТЕРВЬЮ: Леонид Кучма: «Путин хотел уничтожить Украину, а получит наше второе рождение»
• АНАЛИЗ: Комбатанты, наемники, добровольцы. Кто это и в чем между ними разница?
• РЕПОРТАЖ: Как партизаны в Украине сопротивляются российской оккупации

Действующие АЭС Украины

Атомная энергетика Украины берет свое начало с 1977 года, когда был введен в эксплуатацию первый энергоблок Чернобыльской АЭС. Согласно планам развития атомной энергетики в бывшем Советском Союзе на территории Украины должны были построить 9 атомных электростанций. В период с 1977 по 1989 года планировалось ввести в эксплуатацию 16 энергоблоков общей мощностью 14800 МВт на 5 атомных станциях: Запорожской, Ривненской, Хмельницкой, Чернобыльской, Южно-Украинской.

Возрастающая потребность в электроэнергии способствовала быстрому строительству энергоблоков: на момент техногенной аварии на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года в Украине в эксплуатации находились 10 энергоблоков, 8 из которых мощностью 1000 МВт (четыре ВВЭР-1000 и четыре РБМК-1000). С 1986 года и по 1990 год были введены в эксплуатацию еще 6 атомных энергоблоков 1000 МВт каждый: три на Запорожской АЭС и по одному на Южно-Украинской, Ривненской и Хмельницкой АЭС. Но после аварии на Чернобыльской, в августе 1990 года Верховная Рада Украины объявила мораторий на строительство и введение в эксплуатацию новых атомных энергоблоков, в результате чего строительство новых энергоблоков Хмельницкой, Запорожской и Ривненской АЭС было приостановлено.

После отмены Верховной Радой Украины моратория возникли вопросы, касающиеся возобновления и реконструкции недостроенных энергоблоков. Строительство и введение были необходимв прежде всего для компенсации мощностей энергоблоков, которые отработали свой ресурс, замены блоков, которые не удовлетворяют современные требования безопасности.

В декабре 1991 года предприятия атомной энергетики были объединены в концерн «Укратомэнергопром», который в январе 1993 был реорганизован в Государственный комитет Украины по использованию ядерной энергии – Госкоматом Украины.

В 1993 году были возобновлены работы на 6-м блоке Запорожской АЭС, 4-м блоке Ривненской АЭС и 2-м – Хмельницкой АЭС.

В октябре 1995 года состоялся энергетический пуск 6-го блока Запорожской АЭС. Запорожская атомная станция с установленной мощностью 6 млн кВт стала самой крупной в Европе.

17 октября 1996 года согласно постановлению Кабинета Министров Украины №1268 было создано Государственное предприятие «Национальная атомная энергогенерирующая компания «Энергоатом».

Чернобыльская АЭС — первая украинская атомная электростанция, эксплуатация которой была приостановлена до окончания проектного ресурса. Сегодня три блока станции с реакторами РБМК-1000 находятся на этапе снятия с эксплуатации, в частности 2-ой энергоблок – с 1991 года после пожара в машинном зале, 1-ый энергоблок – с 1996 года согласно решению украинского Правительства, 3-ий блок остановлен в конце 2000 года.

Постановлением Кабинета Министров Украины № 399 от 25 апреля 2001 года Чернобыльская АЭС выведена из состава НАЭК «Энергоатом». Ей присвоен статус государственного специализированного предприятия.

Сегодня в эксплуатации на АЭС Украины находятся 15 энергоблоков, из них 13 – с реакторами типа ВВЭР-1000 и 2 – ВВЭР-440 с общей установленной мощностью 13 835 МВт, что составляет 26,3% от суммарной установленной мощности всех электростанций Украины.

На протяжении длительного периода атомная энергетика обеспечивает существенную долю общего производства электроэнергии в Украине (до 60%).

На сегодня для всех энергоблоков Украины выполнен анализ безопасности действующих энергоблоков. Результаты проведенного анализа свидетельствуют:

• энергоблоки эксплуатируются безопасно с допустимым уровнем рисков. Требования по обеспечению безопасности реакторных установок, предусмотренные проектом, научно-технической документацией и международной практикой, выполняются в достаточном объеме;
• выявленные дефициты безопасности и отклонения от требований нормативных документов позволяют эксплуатировать энергоблоки в проектных рамках и не требу ют остановки энергоблоков для их устранения.

Источник: www.energoatom.kiev.ua

Что такое шифрование AES и как оно работает?

Шифрование нашло свое место в современном цифровом мире, культивируя культуру безопасности и конфиденциальности. Когда в 2001 году алгоритм шифрования AES заменил стандарт шифрования данных в качестве глобального стандарта для алгоритмов шифрования, он устранил многие недостатки своего предшественника. Это рассматривалось как будущее шифрования в приложениях повседневной жизни. До сих пор Advanced Encryption Standard достигал целей, поставленных при его создании. И ему предстоит долгий путь роста.

Почему был необходим алгоритм шифрования AES?

Когда алгоритм стандарта шифрования данных, также известный как алгоритм DES, был сформирован и стандартизирован, он имел смысл для этого поколения компьютеров. Согласно сегодняшним вычислительным стандартам, взлом алгоритма DES с каждым годом становился все проще и быстрее, как показано на изображении ниже.

Требовался более надежный алгоритм с более длинными размерами ключей и более надежными шифрами для взлома. Они создали тройной DES, чтобы решить эту проблему, но он так и не стал основным из-за его относительно более медленного темпа. Таким образом, для преодоления этого недостатка появился Advanced Encryption Standard.

Что такое расширенный стандарт шифрования?

Алгоритм шифрования AES (также известный как алгоритм Rijndael) представляет собой алгоритм симметричного блочного шифрования с размером блока/фрагмента 128 бит. Он преобразует эти отдельные блоки, используя ключи 128, 192 и 256 бит. Как только он шифрует эти блоки, он объединяет их вместе, чтобы сформировать зашифрованный текст.

Он основан на сети замещения-перестановки, также известной как сеть SP. Он состоит из ряда связанных операций, включая замену входных данных конкретными выходными данными (подстановки) и другие, включающие перетасовку битов (перестановки).

В этом руководстве вы познакомитесь с некоторыми выдающимися функциями, которые AES предлагает в качестве глобально стандартизированного алгоритма шифрования.

Каковы возможности AES?

1. Сеть SP: он работает со структурой сети SP, а не со структурой шифра Фейстеля, как в случае с алгоритмом DES.

Расширение ключа

2. : на первом этапе требуется один ключ, который позже расширяется до нескольких ключей, используемых в отдельных раундах.
3. Byte Data: Алгоритм шифрования AES выполняет операции с байтовыми данными, а не с битовыми данными. Таким образом, во время процедуры шифрования 128-битный блок обрабатывается как 16 байт.
4. Длина ключа: количество циклов, которые необходимо выполнить, зависит от длины ключа, используемого для шифрования данных. Размер 128-битного ключа составляет десять раундов, размер 192-битного ключа — 12 раундов, а размер 256-битного ключа — 14 раундов.

Как работает AES?

Чтобы понять, как работает AES, сначала нужно узнать, как он передает информацию между несколькими этапами. Поскольку один блок занимает 16 байтов, матрица 4×4 содержит данные в одном блоке, при этом каждая ячейка содержит один байт информации.

Матрица, показанная на изображении выше, называется массивом состояний. Точно так же первоначально используемый ключ расширяется до (n+1) ключей, где n — количество раундов, которые необходимо выполнить в процессе шифрования. Итак, для 128-битного ключа количество раундов равно 16, при этом нет. ключей, которые необходимо сгенерировать, составляет 10+1, что в сумме составляет 11 ключей.

Шаги, которые необходимо выполнить в AES

Указанные шаги необходимо выполнять для каждого блока последовательно. После успешного шифрования отдельных блоков он объединяет их вместе, чтобы сформировать окончательный зашифрованный текст. Шаги следующие:

• Добавить раундовый ключ: вы передаете данные блока, хранящиеся в массиве состояний, через функцию XOR с первым сгенерированным ключом (K0). Он передает результирующий массив состояний в качестве входных данных для следующего шага.

• Sub-Bytes: На этом шаге он преобразует каждый байт массива состояния в шестнадцатеричное число, разделенное на две равные части. Эти части представляют собой строки и столбцы, сопоставленные с полем подстановки (S-Box) для создания новых значений для конечного массива состояний.

• Shift Rows: меняет местами элементы строки друг с другом. Он пропускает первую строку. Он сдвигает элементы во второй строке на одну позицию влево. Он также сдвигает элементы из третьей строки на две позиции подряд влево, а последнюю строку — на три позиции влево.

• Mix Columns: умножает постоянную матрицу на каждый столбец в массиве состояний, чтобы получить новый столбец для последующего массива состояний. Как только все столбцы будут умножены на одну и ту же константную матрицу, вы получите свой массив состояний для следующего шага. Этот конкретный шаг не следует делать в последнем раунде.

• Добавить ключ раунда: соответствующий ключ для раунда подвергается операции XOR с массивом состояний, полученным на предыдущем шаге. Если это последний раунд, результирующий массив состояний становится зашифрованным текстом для конкретного блока; в противном случае он проходит как новый ввод массива состояний для следующего раунда.

Теперь, когда вы понимаете основные шаги, необходимые для прохождения процедуры шифрования, изучите этот пример, чтобы следовать ему.

Как вы можете видеть на изображении выше, открытый текст и шифрование преобразуют ключи в шестнадцатеричный формат до начала операций. Соответственно, вы можете сгенерировать ключи для следующих десяти раундов, как вы можете видеть ниже.

Вам необходимо выполнить те же шаги, что и описанные выше, последовательно извлекая массив состояний и передавая его в качестве входных данных для следующего раунда. Шаги следующие:

• Добавить круглый ключ:

• Sub-Bytes: он пропускает элементы через 16×16 S-Box, чтобы получить совершенно новый массив состояний.

• Строки смены:

• Смешанные колонки:

• Добавить круглый ключ:

Этот массив состояний теперь является окончательным зашифрованным текстом для данного раунда. Это становится входом для следующего раунда. В зависимости от длины ключа вы повторяете вышеуказанные шаги, пока не завершите 10-й раунд, после чего вы получите окончательный зашифрованный текст.

Теперь, когда вы понимаете, как работает AES, рассмотрим некоторые приложения этого алгоритма шифрования.

Каковы приложения AES?

Применение алгоритма шифрования AES:

1. Безопасность беспроводных сетей: Беспроводные сети защищены с помощью Advanced Encryption Standard для аутентификации маршрутизаторов и клиентов. Сети Wi-Fi имеют встроенное программное обеспечение и полные системы безопасности, основанные на этом алгоритме, и теперь они используются в повседневной жизни.
    
2. Зашифрованный просмотр: AES играет огромную роль в обеспечении аутентификации сервера веб-сайта как со стороны клиента, так и со стороны сервера. При использовании как симметричного, так и асимметричного шифрования этот алгоритм помогает в протоколах шифрования SSL/TLS всегда просматривать страницы с максимальной безопасностью и конфиденциальностью.
3. Общее шифрование файлов: Помимо корпоративных нужд, AES также используется для передачи файлов между партнерами в зашифрованном формате. Зашифрованная информация может распространяться на сообщения чата, семейные фотографии, юридические документы и т. д.

Безопасность процессора

4. : многие производители процессоров включают шифрование на аппаратном уровне, используя шифрование AES, чтобы повысить безопасность и предотвратить сбои в работе, а также другие незначительные риски.

Теперь, когда вы узнали о применении шифрования AES, взгляните на его обновления по сравнению с его предшественником, алгоритмом шифрования DES.

Различия между AES и DES

Часто задаваемые вопросы

1. Безопасно ли шифрование AES?

Шифрование

AES безопасно; однако его безопасность зависит от его вариантов. Например, методом полного перебора 256-битный ключ практически непробиваем, а 52-битный ключ DES можно взломать менее чем за сутки.

2. Является ли AES лучшим методом шифрования?

Из-за вариантов длины ключа шифрование AES остается лучшим выбором для защиты связи. Время, необходимое для взлома алгоритма шифрования, напрямую зависит от длины используемого ключа, то есть 128-битного, 192-битного и 256-битного.

3. Для чего используется шифрование AES?

AES внедряется в аппаратное и программное обеспечение по всему миру для шифрования конфиденциальных данных. Это симметричный блочный шифр, необходимый для государственной компьютерной безопасности, защиты электронных данных и кибербезопасности.

4. Что лучше: RSA или AES?

RSA значительно медленнее и требует больше вычислительных ресурсов, чем AES. RSA приходится иметь дело с большими числами и вычислениями, что делает его медленнее. AES считается защищенным от анализа с помощью квантовых компьютеров и обычно используется различными организациями.

5. Можно ли использовать AES бесплатно?

AES доступен бесплатно, и любой может его использовать. Хотя некоторые страны применяют экспортные ограничения, это открытый стандарт, который можно свободно использовать для любого частного, общественного, некоммерческого или коммерческого использования.

6. Что такое AES?

Advanced Encryption Standard — это симметричный блочный шифр, выбранный правительством США. Он преобразует отдельные блоки, используя разные ключи. Это один из лучших доступных протоколов шифрования, который позволяет любому наслаждаться своей повседневной онлайн-деятельностью без сбоев.

Как Simplilearn может вам помочь?

Таким образом, вы увидели, какое влияние шифрование AES оказывает на глобальную арену, поскольку многие системы нуждались в безопасном канале аутентификации, поскольку DES рухнул. Криптография является одним из наиболее важных аспектов, поскольку в кибербезопасности нужно охватить множество основ, хотя несколько других тем необходимы для достижения успеха в качестве эксперта по кибербезопасности.

Simplilearn предлагает курс «Эксперт по кибербезопасности», предназначенный для того, чтобы вооружить вас всеми навыками, необходимыми для начала или продвижения вашей карьеры в области кибербезопасности. У него нет никаких академических предварительных требований, а вводный модуль подготовит новичков к предстоящему курсу. Обучение для получения востребованных сертификатов, таких как CompTIA Security+, CEH, CISM и CISSP, находится на переднем крае этого курса, готовя вас к лучшим вакансиям, предлагаемым в отрасли.

Воспользуйтесь возможностью стать частью сообщества профессиональных программ MIT CSAIL и пообщаться со своими коллегами. Посещайте мастер-классы преподавателей Массачусетского технологического института в нашей PGP по кибербезопасности и ускоряйте свою карьеру в области кибербезопасности в кратчайшие сроки! 902:30

Заключение

В этом учебном пособии рассматривается необходимость шифрования AES, его происхождение и процесс шифрования, вплоть до его приложений, а также прямое сравнение с алгоритмом DES. Надеюсь, что этот урок был полезен для вас.

Если вы хотите больше узнать о шифровании, криптографии и других фундаментальных концепциях и навыках в области кибербезопасности, вам идеально подойдет программа Simplilearn Cyber ​​Security Expert Master. Эта программа, признанная лучшим учебным лагерем по кибербезопасности в 2021 году по версии Course Report, охватывает все фундаментальные и продвинутые аспекты кибербезопасности и предоставляет вам подходящую подготовку, необходимую для того, чтобы сегодня стать экспертом по кибербезопасности мирового класса. Изучите программу сегодня.

У вас есть какие-либо вопросы относительно этого руководства по шифрованию AES? Пожалуйста, не стесняйтесь упоминать их в разделе комментариев к этому руководству, и мы будем рады, если наши эксперты ответят на них для вас.

Advanced Encryption Standard (AES) — GeeksforGeeks

Advanced Encryption Standard (AES) — это спецификация для шифрования электронных данных, установленная Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) в 2001 году. намного сильнее, чем DES и тройной DES, несмотря на то, что его сложнее реализовать.

Что следует помнить

• AES — это блочный шифр.
• Размер ключа может быть 128/192/256 бит.
• Шифрует данные блоками по 128 бит каждый.

Это означает, что он принимает 128 бит на вход и выводит 128 бит зашифрованного текста на выходе. AES основан на принципе сети замещения-перестановки, что означает, что он выполняется с использованием ряда связанных операций, которые включают замену и перетасовку входных данных.

Работа шифра:
AES выполняет операции с байтами данных, а не с битами. Поскольку размер блока составляет 128 бит, шифр обрабатывает 128 бит (или 16 байт) входных данных за раз.

Количество раундов зависит от длины ключа следующим образом:

• 128-битный ключ – 10 раундов
• 192-битный ключ – 12 раундов
• 256-битный ключ – 14 раундов

902 3 5 Создание ключей 902 3 5 Алгоритм Key Schedule используется для вычисления всех раундовых ключей из ключа. Таким образом, исходный ключ используется для создания множества различных ключей раунда, которые будут использоваться в соответствующем раунде шифрования.

Шифрование:
AES рассматривает каждый блок как 16-байтовую (4 байта x 4 байта = 128) сетку в основном расположении столбцов.

  [ б0 | б4 | б8 | б12 | 
  | б1 | b5 | б9 | б13 | 
  | б2 | b6 | б10| б14 | 
  | б3 | b7 | б11| b15 ]  

Каждый раунд состоит из 4 шагов:

• SubBytes
• ShiftRows
• MixColumns
• Add Round Key

Последний раунд не имеет последнего раунда.

SubBytes выполняет замену, а ShiftRows и MixColumns выполняют перестановку в алгоритме.

SubBytes  :
На этом шаге выполняется замена.

На этом шаге каждый байт заменяется другим байтом. Это выполняется с использованием таблицы поиска, также называемой S-блоком. Эта замена выполняется таким образом, что байт никогда не заменяется сам по себе, а также не заменяется другим байтом, который является дополнением к текущему байту. Результатом этого шага является матрица размером 16 байт (4 x 4), как и раньше.

Следующие два шага реализуют перестановку.

ShiftRows :
Этот шаг таков, как кажется. Каждая строка сдвигается определенное количество раз.

• Первая строка не смещена
• Вторая строка сдвинута один раз влево.
• Третий ряд дважды смещен влево.
• Четвертая строка трижды смещена влево.

(Выполняется круговой сдвиг влево.)

  [ b0 | б1 | б2 | б3 ] [ б0 | б1 | б2 | б3 ] 
  | б4 | b5 | b6 | b7 | -> | b5 | b6 | b7 | б4 | 
  | b8 | б9 | б10 | б11 | | б10 | б11 | b8 | б9 | 
  [ б12 | б13 | б14 | б15 ] [ б15 | б12 | б13 | b14 ]  

MixColumns :
Этот шаг представляет собой умножение матриц. Каждый столбец умножается на определенную матрицу, и в результате изменяется положение каждого байта в столбце.

Этот шаг пропускается в последнем раунде.

  [c0] [2 3 1 1] [b0] 
  | с1 | = | 1 2 3 1 | | б1 | 
  | с2 | | 1 1 2 3 | | б2 | 
  [ c3 ] [ 3 1 1 2 ] [ b3 ]  

Добавить раундовые ключи:
Теперь результирующий вывод предыдущего этапа подвергается операции XOR с соответствующим круглым ключом. Здесь 16 байтов рассматриваются не как сетка, а как 128 бит данных.

После всех этих раундов на выходе возвращаются 128 бит зашифрованных данных. Этот процесс повторяется до тех пор, пока все данные, подлежащие шифрованию, не будут подвергнуты этому процессу.

Расшифровка:
Этапы в раундах можно легко отменить, поскольку у этих этапов есть противоположность, которая при выполнении отменяет изменения. Каждые 128 блоков проходят 10, 12 или 14 раундов в зависимости от размера ключа.

Что такое аес: Устройство АЭС — все самое интересное на ПостНауке