分组加密的四种模式(ECBCBCCFBOFB)

Posted 2020-09-28 clnchanpin

加密一般分为对称加密(Symmetric Key Encryption)和非对称加密(Asymmetric Key Encryption)。
对称加密又分为分组加密和序列password。
分组password。也叫块加密(block cyphers)。一次加密明文中的一个块。是将明文按一定的位长分组，明文组经过加密运算得到密文组，密文组经过解密运算（加密运算的逆运算），还原成明文组。

序列password。也叫流加密(stream cyphers)，一次加密明文中的一个位。是指利用少量的密钥（制乱元素）通过某种复杂的运算（password算法）产生大量的伪随机位流，用于对明文位流的加密。
解密是指用相同的密钥和password算法及与加密相同的伪随机位流，用以还原明文位流。

分组加密算法中，有ECB,CBC,CFB,OFB这几种算法模式。

1)ECB(Electronic Code Book)/电码本模式

DES ECB（电子密本方式）事实上很easy。就是将数据依照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文，最后一段不足8个字节，依照需求补足8个字节进行计算，之后依照顺序将计算所得的数据连在一起就可以。各段数据之间互不影响。

特点：

1.简单。有利于并行计算。误差不会被传送。
2.不能隐藏明文的模式；
repetitions in message may show in cipher text/在密文中出现明文消息的反复 
3.可能对明文进行主动攻击；
加密消息块相互独立成为被攻击的弱点/weakness due to encrypted message blocks being independent

2)CBC(Cipher Block Chaining)/密文分组链接方式

DES CBC（密文分组链接方式）有点麻烦。它的实现机制使加密的各段数据之间有了联系。事实上现的机理例如以下：

加密过程例如以下：

1）首先将数据依照8个字节一组进行分组得到D1D2......Dn（若数据不是8的整数倍，用指定的PADDING数据补位）

2）第一组数据D1与初始化向量I异或后的结果进行DES加密得到第一组密文C1（初始化向量I为全零）

3）第二组数据D2与第一组的加密结果C1异或以后的结果进行DES加密，得到第二组密文C2

4）之后的数据以此类推，得到Cn

5）按顺序连为C1C2C3......Cn即为加密结果。

解密是加密的逆过程。过程例如以下：

1）首先将数据依照8个字节一组进行分组得到C1C2C3......Cn

2）将第一组数据进行解密后与初始化向量I进行异或得到第一组明文D1（注意：一定是先解密再异或）

3）将第二组数据C2进行解密后与第一组密文数据进行异或得到第二组数据D2

4）之后依此类推。得到Dn

5）按顺序连为D1D2D3......Dn即为解密结果。

这里注意一点，解密的结果并不一定是我们原来的加密数据，可能还含有你补得位。一定要把补位去掉才是你的原来的数据。

特点：

1. 不easy主动攻击,安全性好于ECB,适合传输长度长的报文,是SSL、IPSec的标准。
each ciphertext block depends on all message blocks/每一个密文块依赖于全部的信息块
thus a change in the message affects all ciphertext blocks/明文消息中一个改变会影响全部密文块
2. need Initial Vector (IV) known to sender & receiver/发送方和接收方都须要知道初始化向量 
3.加密过程是串行的，无法被并行化(在解密时，从两个邻接的密文块中就可以得到一个平文块。因此。解密过程能够被并行化)。

3)Cipher Feedback (CFB)/密文反馈模式

密文反馈（CFB，Cipher feedback）模式类似于CBC。能够将块password变为自同步的流password；工作过程亦很相似，CFB的解密过程差点儿就是颠倒的CBC的加密过程：
须要使用一个与块的大小同样的移位寄存器。并用IV将寄存器初始化。然后。将寄存器内容使用块password加密，然后将结果的最高x位与平文的x进行异或，以产生密文的x位。

下一步将生成的x位密文移入寄存器中。并对以下的x位平文反复这一过程。

解密过程与加密过程相似，以IV開始，对寄存器加密，将结果的高x与密文异或，产生x位平文。再将密文的以下x位移入寄存器。
与CBC相似，平文的改变会影响接下来全部的密文，因此加密过程不能并行化；而相同的，与CBC类似，解密过程是能够并行化的。

4)Output Feedback (OFB)/输出反馈模式

输出反馈模式（Output feedback, OFB）能够将块password变成同步的流password。它产生密钥流的块，然后将其与平文块进行异或。得到密文。

与其他流password一样，密文中一个位的翻转会使平文中相同位置的位也产生翻转。

这样的特性使得很多错误校正码，比如奇偶校验位。即使在加密前计算而在加密后进行校验也能够得出正确结果。
每一个使用OFB的输出块与其前面全部的输出块相关。因此不能并行化处理。

然而，因为平文和密文仅仅在终于的异或过程中使用。因此能够事先对IV进行加密。最后并行的将平文或密文进行并行的异或处理。
能够利用输入全0的CBC模式产生OFB模式的密钥流。这样的方法十分有用。由于能够利用高速的CBC硬件实现来加速OFB模式的加密过程。