分组密码工作模式

电子密码本(ECB)

最简单的加密模式即为电子密码本(Electronic codebook,ECB)模式。需要加密的消息按照块密码的块大小被分为数个块,并对每个块进行独立加密。

ECB

本方法的缺点在于同样的明文块会被加密成相同的密文块;因此,它不能很好的隐藏数据模式。在某些场合,这种方法不能提供严格的数据保密性,因此并不推荐用于密码协议中。
ECB模式也会导致使用它的协议不能提供数据完整性保护,易受到重放攻击的影响,因此每个块是以完全相同的方式解密的。

密码块链接(CBC)

1976年,IBM发明了密码分组链接(CBC,Cipher-block chaining)模式[14]。在CBC模式中,每个明文块先与前一个密文块进行异或后,再进行加密。在这种方法中,每个密文块都依赖于它前面的所有明文块。同时,为了保证每条消息的唯一性,在第一个块中需要使用初始化向量。

CBC1

CBC2

CBC是最为常用的工作模式。它的主要缺点在于加密过程是串行的,无法被并行化,而且消息必须被填充到块大小的整数倍。解决后一个问题的一种方法是利用密文窃取
注意在加密时,明文中的微小改变会导致其后的全部密文块发生改变,而在解密时,从两个邻接的密文块中即可得到一个明文块。因此,解密过程可以被并行化,而解密时,密文中一位的改变只会导致其对应的明文块完全改变和下一个明文块中对应位发生改变,不会影响到其它明文的内容。

填充密码块链接(PCBC)

填充密码块链接PCBC,Propagating cipher-block chaining)或称为明文密码块链接(Plaintext cipher-block chaining)[15][16],是一种可以使密文中的微小更改在解密时导致明文大部分错误的模式,并在加密的时候也具有同样的特性。

PCBC

PCBC主要用于Kerberos v4WASTE中,而在其它场合的应用较少。对于使用PCBC加密的消息,互换两个邻接的密文块不会对后续块的解密造成影响[17]。正因为这个特性,Kerberos v5没有使用PCBC。

密文反馈(CFB)

密文反馈(CFB,Cipher feedback)模式类似于CBC,可以将块密码变为自同步的流密码;工作过程亦非常相似,CFB的解密过程几乎就是颠倒的CBC的加密过程:

CFB1

CFB2

与CBC相似,明文的改变会影响接下来所有的密文,因此加密过程不能并行化;而同样的,与CBC类似,解密过程是可以并行化的。在解密时,密文中一位数据的改变仅会影响两个明文块:对应明文块中的一位数据与下一块中全部的数据,而之后的数据将恢复正常。

CFB拥有一些CBC所不具备的特性,这些特性与OFB和CTR的流模式相似:只需要使用块密码进行加密操作,且消息无需进行填充(虽然密文窃取也允许数据不进行填充)

输出反馈(OFB)

输出反馈模式(Output feedback, OFB)可以将块密码变成同步的流密码。它产生密钥流的块,然后将其与明文块进行异或,得到密文。与其它流密码一样,密文中一个位的翻转会使明文中同样位置的位也产生翻转。这种特性使得许多错误校正码,例如奇偶校验位,即使在加密前计算,而在加密后进行校验也可以得出正确结果。
由于XOR操作的对称性,加密和解密操作是完全相同的:

image.png

image.png

image.png

每个使用OFB的输出块与其前面所有的输出块相关,因此不能并行化处理。然而,由于明文和密文只在最终的异或过程中使用,因此可以事先对IV进行加密,最后并行的将明文或密文进行并行的异或处理。
可以利用输入全0的CBC模式产生OFB模式的密钥流。这种方法十分实用,因为可以利用快速的CBC硬件实现来加速OFB模式的加密过程。

计数器模式(CTR)

CTR模式(Counter mode,CM)也被称为ICM模式(Integer Counter Mode,整数计数模式)和SIC模式(Segmented Integer Counter)。
与OFB相似,CTR将块密码变为流密码。它通过递增一个加密计数器以产生连续的密钥流,其中,计数器可以是任意保证长时间不产生重复输出的函数,但使用一个普通的计数器是最简单和最常见的做法。使用简单的、定义好的输入函数是有争议的:批评者认为它“有意的将密码系统暴露在已知的、系统的输入会造成不必要的风险”[18]。当前,CTR已经被广泛的使用了,由输入函数造成的问题被认为是使用的块密码的缺陷,而非CTR模式本身的弱点[19]。无论如何,有一些特别的攻击方法,例如基于使用简单计数器作为输入的硬件差错攻击[20]

CTR模式的特征类似于OFB,但它允许在解密时进行随机存取。由于加密和解密过程均可以进行并行处理,CTR适合运用于多处理器的硬件上。

注意图中的“nonce”与其它图中的IV(初始化向量)相同。IV、随机数和计数器均可以通过连接,相加或异或使得相同明文产生不同的密文。

image.png

image.png

来源:维基百科

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 206,126评论 6 481
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 88,254评论 2 382
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 152,445评论 0 341
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 55,185评论 1 278
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 64,178评论 5 371
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,970评论 1 284
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,276评论 3 399
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,927评论 0 259
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 43,400评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,883评论 2 323
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,997评论 1 333
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,646评论 4 322
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,213评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,204评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,423评论 1 260
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,423评论 2 352
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,722评论 2 345

推荐阅读更多精彩内容