CCM和GCM

Posted 2020-08-02 block2016

分组密码链接-消息认证码--CCM   　　Counter with CBC-MAC

　　组成CCM的关键算法是AES加密算法、CTR工作模式和CMAC认证算法，在加密和MAC算法中共用一个密钥K。

　　CCM加密过程的输入由三部分构成：

　　　　1、将要被加密和认证的数据，即明文消息P数据块

　　　　2、将要被认证，但是不需要加密的相关数据A，如协议头等。

　　　　3、临时量N，作为负载和相关数据的补充，对每条消息N取值唯一，以防止重放攻击等。

　　

　　 

　　由计数器产生大量的Ctr_i

 

Galois/计数器模式--GCM   　　Galois/Counter Mode

 　　GCM基于并行化设计，可以提供高效的吞吐率和低成本、低延迟。其本质是消息在变型的CTR模式下加密，密文结果与密钥以及消息长度信息在GF(2¹²⁸)域上相乘。该标准还同时制定了仅支持MAC的工作模式即GMAC。

　　GCM模式使用两个函数：带密钥的Hash函数GHASH，以及计数器每次增1 的CTR模式的GCTR。

　　1、GHASH

　　    

　　GHASH_H(X)函数将Hash密钥H和位串X作为输入，经过转化函数可表示成：

　　　　GHASH_H(X) = (X₁•H^m)⊕(X₂•H^m-1)⊕...⊕(X_m-1•H²)⊕(X_m•H)

　　该式非常适合快速实现，如果使用相同的Hash密钥认证多个消息，那么H₂，H₃，...能够通过一次预计算来对所有消息进行认证，并且待认证的数据分组(X₁，X₂，...，X_m)能够并行处理，因为每组计算都相互独立。

　　2、GCRT

 　　

　　inc₃₂(S)函数对S的最右32位增1并取模2³²，其余位不变。

　　最后一次加密生成MSB，根据X_n\'的长度截取后再与X_n\'异或产生Y_n\'

　　3、整个认证函数结构

　　

　　(1)令 H = E(K , 0¹²⁸)

　　(2)定义分组J₀如下

　　　　如果len(IV) = 96，则令J₀ = IV || 0³¹ || 1。

　　　　如果len(IV) ≠ 96，则令 s = 128⌈len(IV)/128⌉ - len(IV) 　　

　　　　　　并令J₀ = GHASH_H(IV || 0^s+64 || [len(IV)₆₄])　　　　//[s+64+len(IV)]%64 = 0,说白了就是使输入满足刚好可分整数组的长度

　　(3)令C = GCRT_K(inc₃₂(J₀) , P)

　　(4)令u = 128⌈len(C)/128⌉ - len(C) 　　　　v = 128⌈len(A)/128⌉ - len(A) 　　//目的也是为了满足分组长度

　　(5)定义分组S如下

　　　　　　S = GHSASH_H(A || 0^v || C || o^u || [len(A)]₆₄ || [len(C)₆₄])

　　(6)令 T = MSB_t(GCTR_K(J₀ , S))，这里t是支持的MAC长度