分组密码模式
分组密码的基本特征
分组密码的基本特征
分组密码是对明文进行分块处理，然后对每个分组进行加密操作。
以下是分组密码的基本特征：
1. 分组长度：分组密码将明文分成固定长度的分组进行处理。
分组长度可以是固定的，也可以是可变的，但在同一次加密过程中，分组长度保持一致。
2. 加密模式：分组密码使用特定的加密模式对每个分组进行加密。
常见的加密模式包括电子密码本模式（ECB）、密码块链模式（CBC）等。
3. 初始向量：在使用某些加密模式时，分组密码需要使用一个初始向量（IV）来增加加密过程的随机性和安全性。
初始向量通常与第一个分组一起使用，而后的分组则与前一个分组相关。
4. 密钥：分组密码使用一个密钥对每个分组进行加密。
密钥长度可以是固定的或可变的，但对于每个分组来说，密钥长度保持一致。
5. 填充方式：由于分组长度固定，对于最后一个分组可能不足分组长度的明文需要进行填充。
填充方式可以是填充字符、填充比特等。
6. 迭代次数：分组密码通常会对每个分组进行多次迭代加密，以增加安全性。
迭代次数通常由密码算法和加密强度决定。
7. 可逆性：分组密码的加密操作是可逆的，即可以通过相应的解密操作将加密后的分组转换回原始的明文分组。
总体而言，分组密码通过将明文分成固定长度的分组，并使用特定的加密模式、初始向量、密钥和迭代次数对每个分组进行加密，以保护明文的安全性。
信息安全技术 分组密码算法的工作模式
信息安全技术分组密码算法的工作模式分组密码算法是一种常用的加密技术，其工作模式是将明文数据按照一定长度进行分组，然后对每一组数据进行加密处理。
分组密码算法的工作模式主要包括电子密码本模式、密码块链模式、密码反馈模式和输出反馈模式。
电子密码本模式是最简单的分组密码算法工作模式，每个明文数据块都被独立加密，加密后的密文数据块与明文数据块一一对应。
密码块链模式是将前一块密文作为下一块明文的输入进行加密，这样每一块密文都依赖于前一块密文，从而增加了安全性。
密码反馈模式是将前一块密文作为伪随机数生成器的输入，然后将生成的伪随机数与明文数据块异或后进行加密，从而达到了与密码块链模式类似的效果。
输出反馈模式则是将前一次加密产生的输出作为伪随机数生成器的输入，然后将生成的伪随机数与明文数据块异或后进行加密，这种模式也能增加加密强度。
总之，分组密码算法的工作模式对于信息安全技术的发展和应用具有重要意义，通过选择适当的工作模式和加密参数，可以提高数据的保密性和完整性。
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五种分组密码工作模式介绍
五种分组密码工作模式介绍
以下是五种分组密码工作模式：
1.同步模式（Synchronous Mode）：在同步模式下，密码系统的输入和输出数据是同步的，即每个输入数据块都会产生一个输出数据块。
这种模式下的密码系统通常具有较高的吞吐量。
2.异步模式（Asynchronous Mode）：与同步模式相反，异步模式下，密码系统的输入和输出数据不是同步的。
在这种模式下，密码系统可以在一个输入数据块期间处理多个输出数据块。
这种模式下的密码系统通常具有较高的处理速度。
3.密文分组模式（Ciphertext-Based Mode）：在这种模式下，密码系统的输入是密文数据，输出是解密后的明文数据。
这种模式通常用于加密和解密通信数据。
4.原始分组模式（Plaintext-Based Mode）：与密文分组模式相反，原始分组模式的输入是原始明文数据，输出是加密后的密文数据。
这种模式通常用于对敏感数据进行加密存储或传输。
5.混合模式（Hybrid Mode）：混合模式是将上述两种或多种模式结合在一起的工作模式。
在这种模式下，密码系统可以根据不同的应用场景和需求灵活地切换工作方式。
分组密码分组密码的工作模式-PPT精品
密码反馈(CFB)模式
方法：加密时，加密算法的输入是64比 特移位寄存器，其初值为某个初始向量IV。 加密算法输出的最左(最高有效位)J比特与明 文的第一个单元P1进行异或，产生密文的第 一个单元C1,并传送该单元。然后将移位寄 存器的内容左移j位并将C1送入送入移位寄 存器最右边的j位。这一过程一直进行到明文 的所有单元都被加密为止。具体的过程如下：
64-j比特 j比特
C m 1 64-j比特 j比特
K DES 加密
K DES
加密
选j比特 丢弃64-j比特 选j比特 丢弃64-j比特
选j比特 丢弃64-j比特
c1
12
2.密码分组链接（CBC）模式
为了解决ECB的安全缺陷，可以让重复 的明文分组产生不同的密文分组，
CBC（cipher block chaining）模式就可满足 这一要求。图4.11是CBC模式示意图，它一 次对一个明文分组加密，每次加密使用同一 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 会显示出与这次的明文分组之间的固定关系， 所以重复的明文分组不会在密文中暴露出这 种重复关系。
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2. （CBC）模式特点
消息分成模块 加密是相互联系的 密文与明文联结 利用一个初始向量开始： Ci = DESK1(Pi XOR Ci-1)
C-1 = IV
适合加密长度大于64比特的消息 还可以用来进行用户鉴别(见报文鉴别部分)
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Advantages and Limitations of CBC
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2.密码分组链接(CBC)模式
x1
x2
IV=y0
K
DES 加密
密码学 分组密码模式
输出反馈OFB的特点
生成的密钥流由Key 与初始值X1决定， 与明文流独立；
初始值 X 1 Key
EK
R 56 X 1 O 1
O2
密钥流可以事先生成； 密文中的错误不会传播。
EK
O1
O2 2
P1
C1
P2
C2
5. 计数器CTR——Counter
明文块：8位 加密：
O j L8 E K ( X j )
密文流： C 1
C2
X1
C9
O1
O2 O3 O4
P 1 P2 P 3 P4
Pj C j O j
X
j 1
R 56 X
j
C
j
R 56 X 1 C1 R 48 X 1 C1 C2 R 40 X 1 C1 C2 C3
初始值X 1
EK
R 5 6 X 1 C 1
EK
C1 C2 C8
O9
P 9
O1
O2
P1
C1
P2
C2
返回OFB
C2 C3 C9
O10
P 10
O Out 4. 输出 密文反馈CFB——Cipher Feed Back
明文块：8位 加密：
O j L8 E K ( X j )
X1
X 1 +1
EK
Key
O1
EK
C j Pj O j X
j 1
O2
X j +1
分组密码的工作模式
O N－1 移位寄存器 64－n bit | n bit 64 K 加密 64 选择 丢弃 n bit | 64－n bit n n cN O N－1 移位寄存器 64－n bit | n bit 64 K 加密 64 选择 丢弃 n bit | 64－n bit n n cN OFB模式
pN
5．级连(CM) 模式 主要是为增加密钥长度，采用不同密钥和分组密码 加密算法对同一明文连续多次加密。破译级连密码的难 度不小于破译其第一个子密码的难度。
2．分组链接模式 (CBC)模式 每个明文分组pi在加密前先与前一密文组ci-1按位模2 加，再对结果运用DES算法。对于第一个明文组，由于 还没有反馈密文，需预臵一个初始向量 IV，如图 2-7 所 示。即： c1=DESK(p1IV) c2=DESK(p2c1) ci=DESK(pici−1) 此模式下，各密文分组不仅和与之对应的明文分组相 关，还与此前的所有明文分组有关； • 优点：隐蔽明文数据模式；一定程度上防止组的 重放、插入和删除等攻击。 • 缺点：导致错误传播。
cN
图2-8 CFB模式
4．输出反馈模式(OFB) 模式 OFB模式也将DES作为密文流产生器，不同的是 它将输出的n位密钥直接反馈至移位寄存器，即DES的 输入端，如图2-9所示。 优点:克服了错误传播。
O1 IV 移位寄存器 64－n bit | n bit 64 K 加密 64 选择 丢弃 n bit | 64－n bit n n c1 n K 移位寄存器 64－n bit | n bit 64 加密 64 选择 丢弃 n bit | 64－n bit n n c2 O1 IV 移位寄存器 64－n bit | n bit 64 K 加密 64 选择 丢弃 n bit | 64－n bit n n p1 c1 p2 n K 移位寄存器 64－n bit | n bit 64 加密 64 选择 丢弃 n bit | 64－n bit n n c2 … …
分组密码的工作模式及其特点
分组密码的工作模式及其特点第一章分组密码1.1节分组密码的简述分组密码是将明文编码表示后的数字序列划分成长为m组，各组分别在密码的控制下加密成密文。
在相同的密钥下，通常得到的是与明文等长的密文分组，所以只需要研究任一祖的明文数字的变换规则。
这种密码实质上是字长为m的数字序列的代换密码。
1.2节分组密码简单模型1.3节分组密码的工作模型分类根据不同的应用环境，需要对分组密码的加密方式做一些修改，用来增强密码的安全性和适应性。
常见的工作模式包括：分组模式：电码本模式（EBC）密码分组连接模式（CBC）序列模式：输出反馈模式（OFB）密码反馈模式（CFB）计数器模式（CTR）1.4节分组密码的特点分组密码加解密速度较快。
明文，密文组长度为m，密文长度为t，密钥量为2 。
密文中的任意一位数字与该组明文所有数字均有关。
每组明文使用相同的密钥加密。
1.5节分组密码算法的问题和对策分组长度足够大问题：代换网络十分复杂，难以控制与实现。
对策：将分组划分为几个小段，分别设计这些小段的代换网络。
密钥量足够大问题：密码系统十分复杂，同样难以控制与实现。
对策：概率加权法：设计多个子系统，使用时随机抽取。
乘积密码法：设计多个子系统，对明文进行多次加密。
密码变换足够复杂问题：抗统计破译法的要求，难以简单实现。
对策：扩散法：将每一位明文和密钥数字的影响扩散到每一位密文数字。
混淆法：使明文与密文、密钥的统计特性复杂化。
第二章分组密码的工作模式2.1节分组密码的工作模式的简述分组模式的工作模式是指以某个分组密码算法为基础，来解决任意长度的明文的加密问题的方法。
从本质上来说，为了使算法更适应具体的应用的一种技术。
分组密码的工作模式：电码本模式（EBC）;密码分组连接模式（CBC）;输出反馈模式（OFB）;密码反馈模式（CFB）;计数器模式（CTR）这五种工作模式适用于不同的应用需求。
电码本模式（EBC）1.定义：ECB模式是将明文的各个分组独立地使用同一密钥加密，互不影响，最后统一拼接在一起，2.优点：（1）最简单，最直接的分组密码工作模式。
分组密码 46 分组密码的工作模式
2．密码分组链接(CBC)模式
（2）既需对明文认证又需加密时，此时验证者仅收 到密文 c 和认证码 cn+1，他需要：
Step1 利用共享密钥使用CBC模式对密文脱密； Step2 检验所得到的最后一个明文分组是否是其它 明文分组的模 2和：是则判定接收的明文无错；不是 则判定接收的明文出错。
2．密码分组链接(CBC)模式
（2）CFB模式实际上是将分组密码算法作为序 列密码的密钥序列发生器，因为分组密码的输出是 输入的相当复杂的函数，一般认为输出具有很好的 随机特性，可用此方法通过分组密码来构造序列密 码。
2．密码分组链接(CBC)模式
（2） 具有有限的错误传播特性。 一个密文块的错误将导致两个密文块无法脱密。
假设密文块 c在i 传输中出错，因为
ci Ek (mi ci1), i 1, 2, 3,L
则有： mi Ek1(ci ) ci1, mi1 Ek1(ci1) ci , 只有明文块 m、i m的i1还原与密文块 有c关i ，因此 一个密文块的传输错误将影响两个明文块的正确 还原。
2．密码分组链接(CBC)模式
（3） 具有自同步功能 密文出现丢块和错块不影响后续密文块的脱密。
若从第t 块起密文块正确，则第t+1个明文块就能正 确求出。
CBC模式是自恢复的（self-recovering）。
注意：若是一个密文比特的丢失，将影响后续 密文的正确还原。
2．密码分组链接(CBC)模式
若记 IV = c-l+1…c-1 c0， |ci| = j，则加密过程可表示为
ci mi left j (Ek (cil L ci2ci1)) i 1, 2,L
IV cl1 c1 c0
L比特
分组密码模式ppt课件
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计数器模式 (CTR) Counter mode
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计数器模式 (CRT)
CTR模式 –使用与明文分组规则相同的计数器长度 –加密不同的分组所使用的计数器值必须不 同
–解密：采用相同方案，但是使用加密 函数而非解密函数。
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输出反馈 OFB模式 （Output feedback ）
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输出反馈OFB模式
1、将分组密码算法作为一个密钥流产 生器，其输出的j-bit密钥直接反馈至分 组密码的输入端，同时这j-bit密钥和输 入的j-bit明文段进行对应位模2相加。
2、克服了CBC和CFB的错误传播所带来 的问题。
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一个1G大小的文件，采用DES和AES加密？ 1G=220 *8 bit DES算法总块数： 220*8/64=215*8 AES算法总块数：220*8/128=213*8
一个50B大小的文件，采用DES和AES加密？
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填充(Padding)
给定加密消息的长度是随机的，按64 bit分 组时，最后一组消息长度可能不足64 bit。可以 填充一些数字，通常用最后1字节作为填充指示符
密文分组CN
密文分组C1
密文分组C2
密文分组CN
K 分组解密
K 分组解密 ... K 分组解密
明文分组P1
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明文分组P2 (b) 解密
明文分组PN
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ECB模式实例
分组密码的基本的工作模式
分组密码的基本的工作模式
分组密码是一种将明文数据按照固定大小的分组进行加密的密码算法。
其基本的工作模式包括以下几种：
1. 电子密码本模式（Electronic Codebook, ECB）：将每个明文分组独立地加密成密文分组。
这种模式简单直接，但如果相同的明文分组使用相同的密钥进行加密，将得到相同的密文分组，存在安全性问题。
2. 密码分组链接模式（Cipher Block Chaining, CBC）：在加密之前，将前一个密文分组与当前明文分组进行异或运算，然后再进行加密。
这种模式避免了ECB模式下相同明文分组产生相同密文分组的问题，并增加了一定的安全性。
3. 输出反馈模式（Output Feedback, OFB）：将前一个密文分组作为输入，经过加密算法生成伪随机数流，然后再与当前明文分组进行异或运算得到密文分组。
这种模式具有自同步的特性，但可能受到伪随机数流的影响。
4. 密码反馈模式（Cipher Feedback, CFB）：将前一个密文分组作为输入，经过加密算法生成伪随机数流，再与当前明文分组进行异或运算得到密文分组。
与OFB模式类似，但伪随机数流的生成方式不同。
5. 计数器模式（Counter, CTR）：使用一个计数器作为输入，经过加密算法生成伪随机数流，再与当前明文分组进行异或运算得到密文分组。
这种模式可以并行地加密多个
分组，具有高效性和安全性。
以上是常见的分组密码的基本工作模式，每种模式都有其特点和适用场景。
在实际使用时，需要根据具体的需求和安全要求选择合适的工作模式。
安全分组密码的工作模式
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通信安全
分组密码用于加密通信过程中的数据，确保信息传输的机密性和完整性。
存储安全
在数据存储场景中，分组密码用于加密敏感数据，防止未经授权的访问和数据泄露。
身份认证
分组密码也用于身份认证过程，通过加密和验证加密数据的完整性来确认用户身份。
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分组密码的基本原理
安全课件第10讲分组密码的工作模式课件
利用CBC模式可实现报文的完整性认证
目的:检查文件在(直接或加密)传输和存储中是否遭到有意或无意的篡改. 关键技术: (1) 文件的制造者和检验者共享一个密钥 (2) 文件的明文必须具有检验者预先知道的冗余度 (3) 文件的制造者用共享密钥对具有约定冗余度的明文用CBC模式加密 (4) 文件的检验者用共享密钥对密文脱密,并检验约定冗余度是否正确.
Cn+1为认证码。
(1) 仅需对明文认证,而不需加密时,传送明文m和认证码Cn+1， 此时也可仅保留Cn+1的 t 个比特作为认证码；(2) 既需对明文认证,又需要加密时,传送密文C和认证码Cn+1
…
…
检验方法： （1）仅需对明文认证而不需加密时,此时验证者仅收到明文m和认证码Cn+1，他需要：
3．密码反馈(CFB-Cipher Feedback)模式
若待加密消息需按字符、字节或比特处理时，可采用CFB模式。并称待加密消息按 j 比特处理的CFB模式为 j 比特CFB模式。 适用范围: 适用于每次处理 j比特明文块的特定需求的加密情形,能灵活适应数据各格式的需要. 例如,数据库加密要求加密时不能改变明文的字节长度,这时就要以明文字节为单位进行加密.
主要内容
分组密码的工作模式短块处理方法
DES算法只解决了如何对一个64比特的明文分组进行加密保护的问题,对于比特数不等于64的明文如何加密,并不关心。这个问题,就由分组密码的工作模式解决。
分组密码的工作模式
分组密码的“工作模式”是指以某个分组密码算法为基础,解决对任意长度的明文的加密问题的方法。
CBC模式的特点：
由于在密文CBC模式中，各密文块不仅与当前明文块有关，而且还与以前的明文块及初始化向量有关，从而使明文的统计规律在密文中得到了较好的隐蔽。
分组密码模式
分组密码模式分组密码模式分组密码与流密码分组密码：每次只能处理特定长度的⼀块数据的⼀类算法，“⼀块”就称为分组(block )。
⼀个分组的⽐特数就称为分组长度(block length)。
流密码: 对数据流进⾏连续的处理的⼀类密码。
只有⼀次性密码本属于流密码，⽽DES 、三重DES 、AES 等⼤多数对称密码算法都属千分组密码。
模式分组密码算法只能加密固定产固定的分组，若加密的铭⽂的长度超过分组密码的长度，需要对分组密码算法进⾏迭代，以便将所有的密码全部加密。
明⽂分组和密⽂分组主动攻击者Mallory窃听者Eve 只能被动地进⾏窃听，⽽主动攻击者则可以主动介⼊发送者和接收者之间的通信过程，进⾏阻碍通信或者是篡改密⽂等活动。
这样的攻击者⼀般称为Mallory 。
ECB模式使⽤ECB 模式加密时，相同的明⽂分组会被转换为相同的密⽂分组，也就是说，我们可以将其理解为是⼀个巨⼤的“明⽂分组⼀密⽂分组”的对应表，因此ECB 模式也称为电⼦密码本模式。
当最后⼀个明⽂分组的内容⼩于分组长度时，需要⽤⼀些特定的数据进⾏填充( padding )。
CBC 模式在CBC 模式中，⾸先将明⽂分组与前⼀个密⽂分组进⾏XOR 运算，然后再进⾏加密。
ECB 和 CBC 的区别初始化向量当加密第⼀个明⽂分组时，由于不存在“前⼀个密⽂分组”，因此需要事先准备⼀个长度为⼀个分组的⽐特序列来代替“前⼀个密⽂分组”，这个⽐特序列称为初始化向量(Initialization Vector) ，通常缩写为IV 。
⼀般来说，每次加密时都会随机产⽣⼀个不同的⽐特序列来作为初始化向量。
CBC模式的特点明⽂分组在加密之前⼀定会与“前⼀个密⽂分组”进⾏XOR 运算，因此即便明⽂分组 1和 2 的值是相等的，密⽂分组1 和 2 的值也不⼀定是相等的。
这样⼀来，ECB 模式的缺陷在CBC模式中就不存在了。
在CBC 模式中，我们⽆法单独对⼀个中间的明⽂分组进⾏加密。
分组密码工作模式或者序列密码zuc中的初始向量
分组密码工作模式或者序列密码zuc中的初始向量1. 分组密码工作模式分组密码是一种对明文进行加密的方法，分块加密是其中最常见的模式之一。
分组密码工作模式是指将明文块分成几块，每块的大小相同，然后对每个块进行加密，最终得到的密文就是一系列加密块的组合。
常见的分组密码工作模式包括ECB、CBC、CFB、OFB等。
（1）ECB工作模式ECB（Electronic Codebook）模式是最简单的分组密码工作模式，在这种模式下，明文块被分割成固定大小的块，每个块独立加密，然后组合成密文。
由于ECB模式没有使用初始向量，每个明文块可以被独立加密，因此它不适合对长文本进行加密。
ECB模式的安全性较差，因为同样的明文块得到的密文块是相同的，攻击者可以利用这个特征进行攻击。
OFB（Output Feedback）模式是一种流程分组模式，它也将分组密码转换成一个流密码，然后使用这个流密码对明文进行加密。
在OFB模式下，将密钥和初始向量作为输入，经过n次加密操作后得到的输出作为流密码，然后和明文进行XOR，得到密文。
与CFB模式类似，OFB模式不需要一个明确定义的长度，可以对任意长度的明文进行加密。
OFB模式的安全性较高，因为攻击者无法通过分析流密码来对明文进行攻击。
2. 序列密码ZUC中的初始向量ZUC是我国自主开发的序列密码算法，由于其安全性和高效性，已被国际上广泛使用。
序列密码是一种将密钥和初始向量作为输入，然后生成一段伪随机序列的加密方法。
在ZUC中，初始向量是一个64位的二进制向量，用于决定加密过程中的伪随机序列生成。
初始向量是随机生成的，并且必须在发送和接收两端都是唯一的，以确保安全性。
初始向量在ZUC中的作用是确定加密过程中伪随机序列的起始状态。
在实际应用中，初始向量应该是随机和不可预测的，以确保安全性。
如果攻击者能够获得多组输入和输出，就可以通过分析生成的伪随机序列来破解密钥和初始向量。
总的来说，分组密码工作模式和序列密码中的初始向量都是确保加密过程安全性的重要因素。
5.8分组密码的工作模式和一般设计原理
5.8分组密码的工作模式和一般设计原理第八节分组密码的工作模式和一般设计原理1分组密码的工作模式为什么要设计工作模式？分组密码的工作模式是：根据不同的数据格式和安全性要求, 以一个具体的分组密码算法为基础构造一个分组密码系统的方法。
分组密码的工作模式应当力求简单, 有效和易于实现。
21980年12月, FIPS 81标准化了为DES开发的五种工作模式。
这些工作模式适合任何分组密码。
现在, AES的工作模式正在研发, 这些AES的工作模式可能会包含以前DES的工作模式, 还有可能包括新的工作模式。
我们仅以DES为例介绍分组密码主要的五种工作模式。
34直接使用DES 算法对64bit 的数据进行加密的工作模式就是ECB 模式。
在这种工作模式下, 加密变换和解密变换分别为：DES ()i i k c m = i =1,2,… (4.12)1DES ()i i k m c ?= i=1,2,… (4.13) 这里k 是DES 的种子密钥, i m 和ic 分别是第i 组明文和密文。
电码本(ECB)模式在给定密钥下, i m有642种可能的取值, i c也有642种可能的取值, 各（i m, i c）彼此独立, 构成一个巨大的单表代替密码, 因而称其为电码本模式。
5+=，则相应的密文ECB模式的缺点是：如果n i im m+=，即在给定密钥k下，同一明文组总是产生同n i ic c一密文组，这会暴露明文组的数据格式。
某些明文的数据格式会使得明文组有大量的重复或较长的零串，一些重要的数据常常会在同一位置出现，特别是格式化的报头、作业号、发报时间、地点等特征都将被泄露到密文之中，使攻击者可以利用这些特征。
6该模式好的一面就是用同个密钥加密的单独消息，其结果是没有错误传播。
实际上，每一个分组可被看作是用同一个密钥加密的单独消息。
密文中数据出了错，解密时，会使得相对应的整个明文分组解密错误，但它不会影响其他明文。
分组密码的模式
分组密码的模式1. 分组密码的模式 为了解决加密任意长度的明⽂，需要对分组密码进⾏迭代。
分组密码的迭代⽅法就是分组密码的模式。
2. 分组密码和流密码 2.1 分组密码 每次只能处理特定长度⼀块数据的算法。
⼀块就是分组，⼀个分组的⽐特数就是分组长度。
DES，3DES分组长度都是64⽐特。
密钥长度：DES是56⽐特，3DES长度是168⽐特。
AES分组长度是128⽐特。
密钥长度：128⽐特，192⽐特，256⽐特。
2.2 流密码 对数据进⾏连续处理的⼀类密码算法。
流密码⼀般以1⽐特，8⽐特，或者32⽐特位单位进⾏加密和解密。
2.3 分组密码和流密码的区别 分组密码不需要内部状态记录加密的进度。
流密码对⼀串数据流进⾏处理，需要记录内部状态。
2.4 分组密码的主要模式 ECB模式：电⼦密码本模式 CBC模式：密码分组链接模式 CFB模式：密⽂反馈模式 OFB模式：输出反馈模式 CTR模式：计数器模式3. ECB模式（Electronic CodeBook，电⼦密码本模式） 加密与解密：将明⽂分组加密后的结果直接成密⽂分组。
最后⼀个分组的内容⼩于分组长度时，⽤特定的数据进⾏填充padding。
特点：通过观察密⽂就知道明⽂存在怎样的重复组合，以此为线索进⾏破译。
ECB模式的攻击：攻击者改变分组密码密⽂的顺序，即可改变明⽂的顺序，在不破译的情况下操作明⽂。
⽐如 a给b转账10000，变成b 给a转账10000。
4. CBC模式（Cipher Black Chaining，密⽂分组链接模式） 加密与解密：⾸先将明⽂分组与前⼀个密⽂分组进⾏XOR运算，然后进⾏加密。
加密流程： 解密流程： 特点： 需要初始化向量，解决了ECB模式的缺点。
分组（密⽂）的损坏可能导致分组明⽂和关联的密⽂解密的明⽂错误。
只要有1⽐特缺失，缺失⽐特后的密⽂解密错误。
加密不⽀持并⾏计算。
对CBC的攻击： 初始向量中任意⽐特进⾏反转，明⽂中相应⽐特也会反转。
分组密码的工作模式
5.6.2 CBC模式的优点
如果明文分组中的一位出错，将影响该分组的密文及其以后的所 有密文分组。
在一定程度上等防止数据篡改.
但是如果密文序列中丢失1位，那么所有后续分组要移动1位，并 且解密将全部错误。
CBC模式的缺点
加密的消息的长度只能是分组长度的倍数，不是任意长度的消息。
以des为例，必须等到每8个字节都接受到之后才能开始加密， 否则就不能得到正确的结果。
这在要求实时性比较高的时候就显得不合适了。
密码反馈模式Cipher FeedBack (CFB)
是一种将DES转化成流密码的技术，不再要求报文被填充成整个分组，可以 实时运行，如果要传输一个字符流，每个字符都可以使用面向字符的流密 码立刻加密和传输。
加密：加密函数的输入是一个64位的移位寄存器，产生初始向量IV。加密 函数高端j位与明文P1的第一单元异或，产生j位密文C1进入移位寄存器低 端，继续加密，与P2输入异或，如此重复直到所有明文单元都完成加密。
该模式也是比较浪费的，因为在每轮加解密中都丢弃了大部分结果,j 输出反馈模式（OFB）
优点是：错误传播小，当前明文分组的错误不会影响后继的密文 分组；且密文中的1比特错误只导致明文中的1个错误；消息长度 是任意的。
OFB模式的缺点是：密文篡改难于检测
加密算法将仅仅是一系列异或运算，这将极大地提高吞吐量。 仅要求实现加密算法，但不要求实现解密算法。对于 AES 等加/解密本质上不同的算法来说，这种简
化是巨大的
适合传输语音图像
计数器模式Counter (CRT)
CTR的优点
预处理： 算法和加密盒的输出不依靠明文和密文的输入 高效:可以做并行加密,允许同时处理多块明文 / 密文 第 i 块 密 文 的 解 密 不 依 赖 于 第 i-1 块 密 文 ， 提 供 很 高 的 随 机 访 问 能 力
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明文分组PN
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ECB模式实例
例如明文“I thought was not the thought I thought I thought”，空白去掉，则采用ECB模式加 密？
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EBC模式
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EBC模式
EBC模式DES算法加密后
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分组重放攻击
银行转帐的例子： 日期/时间标记：1分组 银行1：发送者 1.5分组 银行2：接收者 1.5分组 储户姓名 6分组
feedback ）
C1 P S j E IV 1
P 1 C1 S j E IV
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j-比特密码反馈CFB模式
若待加密消息必须按字符 ( 如电传电 报)或按比特处理时，可采用CFB模式。 CFB实际上是将加密算法DES作为一个 密钥流产生器。 CFB与CBC的区别是反馈的密文长度为 j ，且不是直接与明文相加，而是反馈至 密钥产生器。 解密：采用相同方案，但是使用加密 函数而非解密函数。
储户帐号
存款金额
2分组
1分组
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分组重放攻击
“1” = 0011001 “9” = 0011101 To: Bank From: ATM Action: Deposit Amount: $100.00
Hale Waihona Puke To: Bank From: ATM Action: Deposit Amount: $900.00
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密码分组链接CBC模式 （Cipher-block chaining ）
Cn EK Cn1 P n
DK Cn Cn 1 DK EK Cn 1 Pn Cn 1 Cn 1 Pn Cn 1 Pn
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CBC模式
原始图
CBC模式
CTR适用于对实时性和速度要求比较高的场合
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CBC的错误传播
1. 明文有一组中有错，会使以后的密文组 都受影响，但经解密后的恢复结果，除原有误的 一组外，其后各组明文都正确地恢复。
2.若在传送过程中，某组密文组出错时，则 该组恢复的明文和下一组恢复数据出错。再后面 的组将不会受中错误比特的影响。
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j-比特密码反馈 CFB模式（Cipher
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输出反馈 OFB模式 （Output feedback ）
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输出反馈OFB模式
1、将分组密码算法作为一个密钥流产 生器，其输出的 j-bit 密钥直接反馈至分 组密码的输入端，同时这 j-bit 密钥和输 入的j-bit明文段进行对应位模2相加。 2 、克服了 CBC和 CFB的错误传播所带来 的问题。
分组密码的运行模式
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分组密码的运行模式
即使有了安全的分组密码算法，也需要采用 适当的工作模式来隐蔽明文的统计特性、数据的 格式等，以提高整体的安全性，降低删除、重放、 插入和伪造成功的机会。美国在FIPS中定义了五 种运行模式。 电码本(ECB)
密码分组链接(CBC) 密码反馈(CFB) 输出反馈(OFB) 计数器模式（CTR）
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CFB模式错误传播
1、明文某一组中有错，会使以后的密文组 都受影响，但经解密后的恢复结果，除原有误 的一组外，其后各组明文都正确地恢复。 2、密文里的一位错误会引起明文的一个单 独错误，此处，错误进入移位寄存器，导致密 文成为无用信息，直到该错误从移位寄存器中 移出。
例：对于8位（1个字节）的加密，则会产生 9字节的错误
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ECB 模式与CBC模式
original
ECB
CBC
/wiki/Block_cipher_modes_of_operation 14
密码分组链接CBC模式
初始矢量 IV(Initial Vector) ：第一组明 文加密时无反馈密文，为此需要在寄存器中预 先置入一个，收发双方必须选用同一IV。 每个明文组加密之前，先与反馈至输入端 的前一组密文按位模2求和后，再送至加密算法 加密 实际上，IV的完整性要比其保密性更为重 要。在CBC模式下，最好是每发一个消息，都改 变IV，比如将其值加一。
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电码本ECB模式
直接利用加密算法分别对分组数据组加密。 最大特性：在给定的密钥下，同一明文组总 产生同样的密文组。这会暴露明文数据的格式 和统计特征。 明文数据都有固定的格式，需要以协议的 形式定义，重要的数据常常在同一位置上出现， 使密码分析者可以对其进行统计分析、重传和 代换攻击。 错误传播：单个密文分组中有一个或多个比 特错误只会影响该分组的解密结果。
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比较和选用
ECB模式，简单、高速，但最弱、易受重发攻 击，一般不推荐。 CBC 适用于文件加密，但较 ECB 慢。安全性加 强。 OFB 和 CFB 较 CBC 慢许多。每次迭代只有少数 bit完成加密。若可以容忍少量错误扩展，此时用 CFB。在字符为单元的流密码中多选CFB模式。 OFB用于高速同步系统，没有错误传播。
数据
填
充
PI
4
电码本ECB（Electronic codebook ）模式
明文分组P1 K K 明文分组P2 K 明文分组PN
分组加密
分组加密
...
分组加密
密文分组C1
密文分组C2 (a) 加密
密文分组CN
密文分组C1
密文分组C2
密文分组CN
K
分组解密
K
分组解密
...
K
分组解密
明文分组P1
明文分组P2 (b) 解密
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一个1G大小的文件，采用DES和AES加密？ 1G=220 *8 bit DES算法总块数： 220*8/64=215*8 AES算法总块数：220*8/128=213*8 一个50B大小的文件，采用DES和AES加密？
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填充(Padding)
给定加密消息的长度是随机的，按64 bit分 组时，最后一组消息长度可能不足 64 bit。可以 填充一些数字，通常用最后1字节作为填充指示符 （ PI） 。它所表示的十进制数字就是填充占有的 字节数。数据尾部、填充字符和填充指示符一起 作为一组进行加密。
3、对于密文被篡改难以进行检测
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计数器模式 (CTR) Counter mode
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计数器模式 (CRT)
CTR模式 –使用与明文分组规则相同的计数器长度 –加密不同的分组所使用的计数器值必须不 同
–解密：采用相同方案，但是使用加密 函数而非解密函数。
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计数器模式（CTR）
处理效率：能够对多块报文的加、解进行并 行处理 预处理：进行异或之前的基本加密处理不依 赖明文和密文的输入 随机访问：密文分组的处理与其它密文无关 实现简单