密码学——分组密码的操作模式

密文分组链接模式CBC

在CBC模式中，明文被分成固定大小的块，并且每个块在加密前都会与前一个加密块进行异或操作，然后再进行加密。第一个块会与一个随机初始化向量（IV）进行异或操作。这个随机向量也会作为下一个块的输入。这个过程会持续到最后一个块。由于每个块都依赖于前一个块的密文，因此任何两个块之间的错误都会影响后续的所有块。因此，CBC模式对于传输数据时需要保持数据机密性和完整性的情况下是很有用的。

密文反馈模式CFB

相比之下，CFB模式与CBC模式类似，都是将明文分成固定大小的块，并且使用随机初始化向量。但是，CFB模式是使用前一个密文块作为加密函数的输入，生成密文块。这个密文块再与明文块进行异或操作，以产生最终的密文块。由于CFB模式只依赖于前一个密文块而不是前一个明文块，因此CFB模式可以进行流加密，这意味着可以使用可变长度的输入数据。

因此，CBC模式和CFB模式都有其优点和缺点。对于数据块大小固定的情况下，CBC模式比CFB模式更安全，但是在需要流加密的情况下，CFB模式则比CBC模式更适合。

输出反馈模式OFB

OFB（Output Feedback）模式是一种分组密码的工作模式，它与CBC和CFB模式有些类似，但也有一些不同之处。

在OFB模式中，密钥流是通过连续的加密操作生成的。这个密钥流与明文进行异或操作，以产生密文。这个密钥流是由一个随机初始化向量IV和密钥作为输入进行生成的。密钥流的生成不依赖于明文，因此OFB模式可以用于流加密，就像CFB模式一样。

与CBC和CFB模式不同的是，OFB模式不需要对前一个密文块进行异或操作。而是，OFB模式中的密钥流只依赖于IV和密钥，因此它可以独立于明文和密文块进行加密和解密。由于这个原因，OFB模式可以被认为是一种自同步模式，因为它不需要在解密过程中进行同步。

OFB模式也具有一些优点和缺点。它可以进行流加密，因此适用于可变长度的数据，同时由于不需要同步，它具有一定的错误传播能力。但是，与CBC模式相比，OFB模式对于密文的完整性和机密性的保护能力要差一些。这是因为OFB模式中的密钥流只依赖于IV和密钥，而不考虑明文和密文块之间的关系，因此可能会受到类似于字节替换攻击之类的攻击。

计数器模式CTR

CTR（Counter）模式是一种常用的分组密码工作模式，与CBC、CFB和OFB模式一样，用于将明文加密成密文。

在CTR模式中，与其他模式不同的是，加密过程不依赖于前一个密文块或者前一个明文块。CTR模式中，每个明文块都会被加密成密钥流块，这个密钥流块是由一个计数器和密钥一起产生的。计数器从一个随机初始化向量IV开始，每加密一个块就会递增一次，然后这个计数器和密钥被送入加密算法中生成密钥流块。这个密钥流块再和明文块进行异或操作得到密文块。

由于CTR模式中，每个密文块都是由相同的密钥流块生成的，所以它具有与流密码相同的特点，能够适用于可变长度的数据流。与OFB模式一样，CTR模式也可以认为是一种自同步模式，因为它不需要在解密过程中进行同步。

CTR模式也具有一些优点和缺点。它可以进行流加密，能够适用于可变长度的数据，同时具有很好的并行性。与CBC模式不同的是，CTR模式中加密和解密的操作是相同的，因此它更容易被实现和优化。但是，与其他模式一样，CTR模式也可能会受到一些攻击，如密钥泄漏、计数器重放等攻击。