计算机安全其他常用分组密码算法

3.2.5其他常用分组密码算法

1. 三重DES

三重DES （即Triple DES ）是DES 向AES 过渡的加密算法（1999年，NIST 将3-DES 指定为过渡的加密标准），是DES 的一个更安全变形。它以DES 为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法。其具体实现如下：设E k ( )和D k ( )代表DES 算法的加密和解

密过程，K 代表DES 算法使用的密钥，P

代表明文，C 代表密文。 三重DES 加密过程为：

C=E k1（D k2（E k1（P ）））

三重DES 解密过程为：

P=D k1（（E k2（D k1（C ））） 具体的加/解密过程如图3-22所示。 2. IDEA 加密算法

IDEA 算法是International Data Encryption Algorithmic 的缩写，意为国际数据加密算法，1992年由瑞士的Lai 和Massey 提出。 IDEA 的输入明文为64位，密钥为128位，生成的密文为64位。

密钥长度是128位，比DES 长了2倍多，所以如果用穷举强行攻击的话，需要2128 次搜索才能获得密钥。如果可以设计一种每秒能搜索十亿次的芯片，并且采用十亿个芯片来并行处理的话，也要用上1013年——比宇宙的年龄还要长。而对于其他攻击方式来说，由于此算法比较新，并且在设计时已经考虑到了如差分攻击等威胁，所以至今还未发现成功攻击IDEA 的方法。从这点来看，IDEA 还是很安全的。

3.2.6分组密码的运行模式

分组密码在加密时，明文分组的长度是固定的，而实际应用中待加密消息的数据量是不定的，数据格式可能是多种多样的。为了能在各种应用场合使用DES ，美国在FIPS PUS 74和81中定义了DES 的4种运行模式。这些模式也可用于其他分组密码，下面以DES 为例来介绍这4种模式：ECB 、CBC 、CFB 和OFB 。

1. 电子密码本模式ECB

一个明文分组加密成一个密文分组，相同的明文分组被加密成相同的密文分组。由于大多数消息并不是刚好分成64比特（或者任意分组长）的加密分组，通常需要填充最后一个分组，为了在解密后将填充位去掉，需要在最后一分组的最后一字节中填上填充长度。

ECB 模式的缺点是：如果密码分析者有很多消息的明密文对，那就可能在不知道密钥的情况下恢复出明文；更严重的问题是敌手通过重放，可以在不知道密钥情况下修改被加密过的消息，用这种办法欺骗接收者。例如在实际应用中，不同的消息可能会有一些比特序列是相同的（消息头），敌手重放消息头，修改消息体欺骗接收者。

图3.22 三重DES

(a)加密过程

(b)解密过程

图3-23 电子密码本模式

2．密码分组链模式CBC

明文要与前面的密文进行异或运算然后被加密，从而形成密文链。每一分组的加密都依赖于所有前面的分组。在处理第一个明文分组时，与一个初始向量（IV）组进行异或运算。IV不需要保密，它可以明文形式与密文一起传送。密文分组的计算为：

C i =E k(P i⊕C i -1)

接受方明文分组的计算为：

P i = C i-1⊕Dk( C i)

使用IV后，完全相同的明文被加密成不同的密文。敌手再用分组重放进行攻击是完全不可能的了。

图3-24 密码分组链模式

3．密码反馈模式CFB

在CFB模式（图3-25所示）下，设分组长度为n，数据可以在比分组长度小得多的k 比特字符里进行加密（1≤k≤n）。开始，仍然使用一个长度为n的初始向量（IV）。每个k 比特字符对应的密文Ci为该明文字符Pi与一个k比特密钥字符Ki进行异或得到的。该密钥字符是通过加密前n比特密文得到的。

为了初始化CFB过程，分组算法的输入必须用IV初始化，它并不需要保密，但必须是唯一的。如果在CFB模式下IV不是唯一的，密码分析者就可以恢复出相应的明文。

假定：Si 为移位寄存器,传输单位为j 位。

加密: Ci =Pi ⊕(EK(Si)的高j 位) Si+1=(Si<

图3-25密码反馈模式CFB 加密

解密: Pi=CiÅ(EK(Si)的高j 位) Si+1=(Si<

图3.26密码反馈模式CFB 解密

（4）输出反馈模式OFB

输出反馈模式OFB 加密（图3-26所示）时，加密算法的输入是64比特移位寄存器内的数据，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P 1进行异或，产生出密文的第1个单元C 1，并传送该单元。然后将移位寄存器的内容左移j 位并将C 1送入移位寄存器最右边（最低有效位）j 位。这一过程重复至明文的所有单元都被加密为止。

C i =P i ⊕(E K (S i )的高j 位);S i+1=(S i <

1

2

n

1

2

n

图3-26输出反馈模式OFB 加密

输出反馈模式OFB 的解密解密过程如图3-27所示。解密算法如下： P i =C i (E K (S i )的高j 位); S i+1=(S i <

1

2

n

图3-27输出反馈模式OFB

解密

P 1

P 2

P n