Herhangi bir şifreleme algoritmasına yapılabilecek en temel saldırı biçimi, doğru anahtar bulunana kadar olası her anahtar kombinasyonunu denemeyi içeren bir kaba kuvvet saldırısıdır. 

Frontier(yeni pencere), kamuoyunca bilinen dünyanın en güçlü süper bilgisayarıdır. Tüm gücünü AES-128'e kaba kuvvet uygulamaya adasaydı bile, AES-128 için tüm olası kombinasyonları tüketmek yaklaşık 10-12 trilyon yıl sürerdi. Bu süre, evrenin yaşından çok daha uzundur. Bu nedenle, düşük bit boyutlarında bile AES, geleneksel bilgisayarların kaba kuvvet saldırılarına karşı son derece dirençlidir. 

AES-256'ya kaba kuvvet saldırısı uygulamak, AES-128'e kıyasla 340 milyar milyar milyar milyar (2¹²⁸) kat daha zordur.

Grover algoritması(yeni pencere), kuantum tehditlerine karşı simetrik anahtarların güvenliğini teorik olarak yarıya indirse de özellikle 256 bitlik bir anahtar kullanıldığında bu anahtarlar kuantuma karşı hâlâ nispeten dirençlidir.

Yıllar içinde, kriptograflar tarafından AES anahtarlarına yönelik çeşitli teorik saldırılar yayımlanmıştır; ancak bunların tümü ya pratikte uygulanamaz ya da yalnızca azaltılmış tur sayısı kullanan AES uygulamalarında etkilidir (aşağıya bakın). 

En başarılı girişim, 2011 yılında yayımlanan ve AES'e kaba kuvvet uygulamak için gereken süreyi dörtte bire indirebilen teorik biclique saldırısı(yeni pencere) olmuştur. Ancak yine de, mevcut veya öngörülebilir herhangi bir bilgisayar donanımında AES'e kaba kuvvet uygulamak milyarlarca yıl gerektirirdi. 

Bilindiği kadarıyla, düzgün şekilde uygulanmış AES-128 veya üstüne karşı pratik bir anahtar saldırısı yoktur. 

Bir yan kanal saldırısı, şifreleme hesaplamalarını yapan bilgisayardan ipuçları arayarak başarılı bir kaba kuvvet saldırısı için gereken kombinasyon sayısını azaltmaya çalışır. Şunlar incelenerek ipuçları elde edilebilir:

• Zamanlama - bir bilgisayarın bir işlemi gerçekleştirmesinin ne kadar sürdüğü
• Elektromanyetik sızıntılar
• Sesli ipuçları
• Görsel ipuçları (yüksek çözünürlüklü bir kamera kullanılarak elde edilir).

Özellikle önbellek zamanlama saldırılarının, AES'i başarıyla kırmada oldukça etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bunun en dikkat çekici örneğinde, araştırmacılar 2016 yılında “yalnızca yaklaşık 6 - 7 blok düz metin veya şifreli metin ile (teorik olarak tek bir blok bile yeterli olurdu)” bir AES-128 anahtarını kurtarabildi(yeni pencere).

Bununla birlikte, yan kanal saldırıları tehdidini azaltmak için bir dizi önlem alınabilir:

• Düzgün şekilde uygulanmış AES, verilerin sızdırılabileceği yolları önleyebilir.
• AES komut kümesini entegre eden donanım, AES'in yan kanal saldırı yüzeyini daha da azaltır.
• Rastgeleleştirme teknikleri, AES tarafından korunan veriler ile bir yan kanal saldırısı kullanılarak toplanabilecek sızdırılmış veriler arasındaki ilişkiyi bozmak için kullanılabilir. 

Birçok durumda yan kanal saldırıları, verilerin şifresini çözmekte olduğu sırada saldırganın aygıta fiziksel olarak erişmesini veya aygıta yakın olmasını gerektirir; ancak özellikle zamanlama saldırılarında, bir aygıta kötü amaçlı yazılım yüklenmişse uzaktan saldırılar da mümkündür.

AES, verileri 128 bitlik bloklar hâlinde 128 bit, 192 bit veya 256 bit anahtarlar kullanarak şifreleyen ve şifreyi çözen bir blok şifresidir. Daha önce belirtildiği gibi, verileri şifrelemek ve şifreyi çözmek için aynı anahtar kullanılır. 128 bitlik anahtar kullanan AES, genellikle AES-128 olarak adlandırılır; aynı durum AES-192 ve AES-256 için de geçerlidir.

Veriler, her biri bir dizi matematiksel işlemden oluşan birden fazla tur kullanılarak şifrelenir. 

Süreç, orijinal gizli anahtardan bir dizi yeni tur anahtarı türetmek için Rijndael'in anahtar planlama algoritmasının kullanılmasıyla başlar. Bu işlem, anahtar genişletme olarak bilinir.

Ardından her tur, aşağıdaki işlemlerden bir veya daha fazından (veya bunların bir kombinasyonundan) oluşur:

1. Tur Anahtarı Ekleme (Add Round Key): Şifrelenecek verileri (şifreli metin) her bir tur anahtarıyla birleştirmek için bir XOR işlemi(yeni pencere) gerçekleştirilir.

2. Sub Bytes: Verileri daha da karıştırmak için bir yerine koyma tablosu kullanılır. İlke olarak bunu, çocukken kullandığınız basit yerine koyma şifreleri gibi düşünün; burada bir iletideki her harfi alfabede belirli sayıda sonrasında gelen başka bir harfle değiştirirdiniz.

3. Shift Rows: Her 128 bitlik veri bloğu, 16 baytlık 4x4'lük bir bloktan oluşur. Bu işlem, bir blok satırındaki her baytı belirli bir kaydırmayla sola kaydırır.

4. Sütunları Karıştırma (Mix Columns): Bloktaki her bir sütun üzerinde ek bir ters çevrilebilir doğrusal dönüşüm gerçekleştirilir.

Bu dönüşüm dizisi bir turu oluşturur; ardından bu tur, anahtar boyutuna bağlı olarak belirli sayıda kez veriler üzerinde tekrarlanır:

• AES-128 — 10 tur
• AES-192 — 12 tur
• AES 256 — 14 tur

Verilerin şifresini çözmek için, bunları şifrelemek amacıyla kullanılan tüm adımlar ters sırada uygulanır. Bu, süreci her ters tur anahtarını kullanarak geri çevirmek için özgün gizli anahtarı gerektirir.

Mevcut ve öngörülebilir teknoloji göz önüne alındığında, AES-128'e kaba kuvvet uygulamak evrenin yaşından daha uzun sürerdi. Efsanevi kriptograf Bruce Schneier, daha güçlü bir anahtar planlamasına (orijinal gizli anahtardan tüm tur anahtarlarını hesaplayan algoritma) sahip olması sayesinde AES-128'in AES-256'dan daha güçlü olabileceğini bile savunmuştur(yeni pencere).

Yine de AES-256, simetrik anahtarlı şifrelemede fiili altın standart haline gelmiştir. Daha büyük anahtar boyutunun ek bir güvenlik marjına işaret etmesi ve böylece algoritmayı önemli ölçüde zayıflatacak bir yol bulunsa bile şifrelenmiş verilerin güvende kalmasını sağlaması nedeniyle genellikle (biraz tartışmalı olsa da) daha güçlü bir seçenek olarak görülmektedir. Kuantum sonrası direnç ihtiyacı daha acil hale geldikçe bu argüman daha da güçlenmiştir. 

Yakın zamana kadar AES, genellikle şifre bloğu zincirleme (CBC) kipinde kullanılıyordu; bu kipte düz metnin her bloğu, şifrelenmeden önce önceki şifreli metin bloğuyla XOR işlemine tabi tutulur. CBC kipinde kullanıldığında, verileri doğrulamak için HMAC-SHA256 gibi bir HMAC(yeni pencere) karma algoritması gerekir.

Bununla birlikte, AES'in şifrelemenin sayaç kipini(yeni pencere) kullanan Galois/sayaç (GCM) kipinde kullanılması giderek yaygınlaşmaktadır. Temel avantajı, verileri harici bir algoritmaya ihtiyaç duymadan doğrulamak için Galois alanını(yeni pencere) kullanmasıdır. Bu nedenle, yüksek hesaplama ek yüküne sahip olabilen ayrı bir kimlik doğrulama algoritması kullanmaktan daha verimlidir.

HMAC kimlik doğrulamalı AES-CBC genel olarak güvenli kabul edilse de CBC, POODLE(yeni pencere) gibi dolgu saldırılarına(yeni pencere) karşı potansiyel olarak savunmasızdır. GCM ise değildir.

Modern işlemcilerin çoğu, AES işlemlerini doğrudan işlemci üzerinde gerçekleştiren bir donanım yönergeleri kümesi olan Gelişmiş Şifreleme Standardı Yeni Yönergelerini (AES-NI(yeni pencere)) içerir. Bu, AES'i çok daha hızlı hale getirir ve ayrıca işlemler işlemcinin güvenli yürütme birimlerinde gerçekleştiği için zamanlamaya dayalı yan kanal saldırılarının önlenmesine yardımcı olur; böylece bir saldırganın kötüye kullanabileceği gözlemlenebilir zamanlama varyasyonları azalır.

Güvenlik, ancak en zayıf bağlantısı kadar güçlüdür; bu da genellikle parolanızdır. Bu durum, sosyal mühendislik yöntemlerinin, kimlik avı girişimlerinin ve tuş kaydedicilerin(yeni pencere) (keylogger) de AES ile şifrelenmiş veriler için bir tehdit oluşturduğu anlamına gelir. Bu nedenle, AES kullanılsa bile aşağıdaki önlemleri almalısınız:

• Şifrelenmiş bir parola yöneticisi kullanın
• Ek bir koruma katmanı için donanım güvenlik anahtarları (YubiKey gibi) kullanın
• Bir kuruluşun parçasıysanız, kimlik avı girişimlerini önlemek için personele yönelik düzenli güvenlik eğitimleri düzenleyin