分組密碼的工作模式
1。提出背景
分組密鑰輸入爲b位固定長度的明文分組和密鑰，輸出b位密文。當明文長度大於b位時就要對明文進行分組，每b位一組。那麼若用相同密鑰對多個分組加密會導致安全問題。因此提出各種工作模式，總結如下：
2。 電碼本模式（Electronic Code Book，ECB）
對於給定的密鑰，任意b位明文有唯一密文與之對應。
加密： Cj ＝ E(K, Pj) j = 1,…,N
解密： Pj = D(K, Cj) j = 1,…,N
如圖所示，加密所用密鑰爲K，對於確定的K有唯一密文Cj與明文Pj對應。但當明文Pj＝pi時，則輸入P與K均相等，故輸出C也想等。總結特點如下：
- 適合數據較少的情況；
- 最重要的特徵是一段信息若有幾個相同的明文組，則密文也將出現幾個相同的密文組；
- 對於長信息不適合：若信息非結構化，密碼分析者可利用規律性特徵破譯；
3。密文分組鏈接模式（Cipher Block Chaining，CBC）
爲解決長信息可利用規律性特徵破譯的缺陷，提出CBC模式。該模式加密算法輸入爲當前明文分組和上一個密文分組的異或，使用的密鑰是相同的。如此，若分組相同也看不出來。
注：CBC要求如果最後分組不完整，則需要填充至滿分組。
加密解密如下：
IV必須爲收發雙方共享且第三方無法預測。
爲最大程度安全，IV不能不經授權而修改。原因如下：
攻擊者可以欺騙接受者，讓他使用不同的IV，接着攻擊者就能夠把明文的第一個分組的某些爲取反。
模式如下：
4。密文反饋模式（Cipher Feedback，CFB）
可將分組密碼當作流密碼使用。流密碼不需要將最後分組填充到滿分組。但注意，CFB和流密碼的典型構造並不一致：
典型流密碼：輸入某個初始值和密鑰，輸出位流，這個位流再和明文位進行異或運算。
CFB模式：與明文異或的位流是與明文相關的。
流密碼的性質之一：明文是8位字符，則要發送的也是8位字符，加密時也用8位。
CFB工作模式：
解釋：加密函數的輸入爲b位移位寄存器，初始值爲IV。1）加密函數輸出最左邊的s位與明文第一個分段P1異或得到密文的第一個單元；2）將C1發出去，移位寄存器左移s位，C1填入寄存器最右邊s位。直到所有明文被加密完。解密時：收到的密文單元與加密函數的輸出異或得到明文。
加密：
解密：
CFB模式定義：
注：MSBs（X）：X的左邊s位。
LSBb-s（X） ：X的右邊剩餘b－s位。
5。輸出反饋模式（Output FeedBack，OFB）
結構與CFB相似：
OFB：用加密函數的輸出填充移位寄存器；
CFB：用密文單元來填充移位寄存器；
OFB模式：
定義：
OFB優點：傳輸過程中某位發生錯誤不會影響其他位，如C1中有一位發生錯誤，致影響P1恢復；而CFB中C1還座位了移位寄存器的輸入，後續將受到影響。
OFB缺點：抗消息流竄改能力較低。
注：初始K應爲時變值。
6。計數器模式（Counter，CTR）
常用於：ATM（異步傳輸模式）網絡安全和IPsec。
步驟：
1）計數器首先被初始化爲某一值；
2）隨着消息塊的增加計數器的值加1（模2^b，b爲分組長度）；
3）加密時：計數器加密後與明文分組異或 —> 密文分組；
4）解密時：使用具有相同值的計數器序列，用加密後的計數器的值與密文分組異或—>明文分組。
給定計數器序列Ti，定義CTR模式：
模式圖：
7。總結
到此爲止幾種常見的加密模式就介紹完了，主要涉及：
- 電碼本模式（ECB）：最簡單的，一組明文與一組密文一一對應，但如果兩組明文內容相同則密文也相同，導致可以利用統計學規律進行破解；
- 密文分組鏈接模式（CBC）：加密算法的輸入爲該組明文與上組密文的異或，這就解決了ECB中可利用統計規律破解的漏洞；
- 密文反饋模式（CFB）：利用流密碼的方式對明文進行加密，將密文裝入移位寄存器。將移位寄存器的最左s位加密後與明文加密後輸出，並裝入移位寄存器後面；
- 輸出反饋模式（OFB）：利用流密碼的方式對銘文進行加密，與CFB不同的是，將加密函數的輸出裝入移位寄存器，其他與CFB相同；
- 計數器模式（CTR）：利用計數器作爲加密函數的輸入後與明文異或。
由上看出，很多算法對於初始值的“時變性“非常看重，那麼如何實現呢？一種很常用的方法叫做“僞隨機數“技術。書中第七章專門有講到，本系列文章就不記錄了。
那麼到此爲止對稱密碼部分就簡單介紹完了，從下一講就開始非對稱密鑰的學習了，首先介紹一些相關數論知識（素數，歐拉定理，費馬定理等），公鑰密碼學與RSA，密鑰管理等知識。我們下期再見！