分组密码的模式

Posted 2021-06-14 Init0ne

对称密码

对称密码算法可以分为分组密码和流密码：
分组密码（block cipher）是每次只能处理特定长度的一块（block）数据的密码算法，一次能处理的数据长度成为分组长度（block length）
流密码（stream cipher）是对数据流进行连续处理的一类密码算法

分组密码模式简介

分组密码一次只能处理特定长度的数据，但是通常情况下需要加密的明文数据长度是大于分组长度的，因此就需要将明文分为若干个block进行加密，不同分组之间的加密成为迭代，不同的分组迭代加密方式就是分组密码的模式。
分组密码常用的模式有5种：

• ECB模式：Electronic CodeBook mode，电子密码本模式
• CBC模式：Cipher Block Chaining mode，密码分组连接模式
• CFB模式：Cipher FeedBack mode，密文反馈模式
• OFB模式：Output FeedBack mode，输出反馈模式
• CTR模式：Counter mode，计数器模式

模式实现

ECB模式

ECB模式按照分组长度，将明文分为若干个分组，每个分组独立加密得到密文，每个分组之间相互不影响。

• 加密
  

• 解密
  

针对ECB模式的攻击

• ECB模式每个分组独立加密，相同的明文分组，最后输出的密文是一样的，因此，通过观察密文分布情况，就能大概确定明文分布情况
• 攻击者操纵调整密文顺序，导致接收者解密后得到的明文也发生变化

CBC模式

CBC为密文分组链接模式。

• 加密：
  每次分组加密时，首先将明文和前一个分组密文进行XOR运算，然后再进行加密得到密文。第一个分组没有可以XOR的密文分组，因此第一个分组是和IV进行XOR运算，然后再加密。
  

• 解密：
  解密时，从第一个密文分组到最后一个密文分组，先使用密钥解密，然后和前一个密文进行XOR运算得到明文。第一个分组是解密后和IV进行XOR。
  

针对CBC模式的攻击

IV比特反转：由于CBC模式第一个分组解密后，是通过与IV进行XOR操作，因此，攻击者通过反转IV中的某些比特，就可以操纵明文变化

CFB模式

CFB为密文反馈模式。

• 加密
  加密时，将前一个密文加密后和当前分组明文进行XOR操作，得到当前分组的密文。第一个分组加密时，将IV进行加密后和第一组明文XOR
  

• 解密
  解密时，将前一个分组密文先加密，然后和当前分组密文进行XOR，得到明文。第一个分组解密，是将IV加密后和密文XOR
  

针对CFB模式的攻击

重放攻击：Alice向Bob发生消息，由4个密文分组组成，中间人Mallory将后3个密文保存下来。Alice第二次向Bob发送消息时，Mallory将保存的3个旧密文替换后发送给Bob，Bob解密时，第一个密文可以正常解密，第二个会报错，第三个和第四个会变成Mallory替换的内容。

OFB模式

OFB为输出反馈模式

• 加密
  加密时，通过将IV加密，和第一个明文分组XOR得到第一个密文分组，对加密后的IV继续加密，和第二个明文XOR，以此类推
  

• 解密
  解密时，将IV加密，和第一个密文分组XOR得到第一个明文分组，继续对IV加密后的结果加密和第二个密文分组XOR，得到第二个明文，以此类推
  

CTR模式

CTR为计数器模式，将主词累加的计数器进行加密生成密钥流，和明文XOR得到密文。

• 加密
  第一个分组加密时，将计数器CTR加密，和第一个明文XOR，得到第一个密文，然后将计数器CTR加一，加密后和第二个明文XOR，以此类推
  

• 解密
  解密时，通过将CTR加密后和密文XOR得到明文。