【密码学】三、分组密码的工作模式

电子密码本ECB、密码分组链接模式CBC、密码反馈模式CFB和输出反馈模式OFB、计数器模式CTR

ECB模式

它一次对一个64bit长的明文分组加密，而且每次的加密密钥都相同。可以认为有一个非常大的电子密码本，对任意一个明文分组，电子密码本中都有一项对应于它的密文。
加密：

x1

Ek

y1

x2

Ek

y2

x3

Ek

y3

解密：

y1

Dk

X1

y2

Dk

x2

y3

Dk

x3

优点：ECB模式在用于短数据时非常理想。
消息进行分组，若最后一个分组长度不足64bit，则需要进行补充。
缺点：相同的明文产生的密文是一样的，所以攻击者会从结构中进行分析攻击。

CBC模式

为了解决ECB模式的安全缺陷，可以让重复的明文分组产生不同的密文分组。一次对一个明文分组进行加密，使用同一个密钥。加密算法的输入是当前明文分组和前一次密文分组的异或。
因此加密算法的输入不会显示与这次明文分组之间的固定关系。
解密的时候，每个密文分组被解密后，再与前一个密文分组异或。初始变量需要被保护。


CBC模式能够获得保密性，还能用于认证。

CFB模式

DES是分组密码，但是利用CFB或OFB模式可以将DES转换为流密码。
加密过程如下：s通常是8bit
初始输出左边最高s位

解密过程：

解密的时候使用的也是加密函数。
CFB模式可以获得保密性，还可以用于认证。适合数据以比特或字节为单位出现，存在有限的错误传播。

OFB模式

OFB模式与CFB模式类似，但是OFB模式是将加密算法的输出反馈到移位寄存器，而CFB模式是将密文单元反馈到移位寄存器。
加密过程：

解密过程：
优点：传输过程中的比特错误不会被传播。而在CFB模式中，1bit的错误会影响解密过程中各个明文单元的值。
缺点：更易受到消息流的篡改攻击。
特点：消息作为比特流，分组加密的输出与被加密的消息相加，比特差错不易传播。

CTR模式

CTR模式被广泛用于ATM网络和IPSec应用中。
加密过程：

解密过程：

特点：
1）允许同时处理多块明文/密文
2）允许并行计算，可以很好地利用CPU流水等并行技术
3）算法和加密盒的输出不依靠明文和密文的输入
4）随机访问和可证明的安全性
5）仅要求实现加密算法，不要求实现解密算法
6）可以高效地作为流式加密使用