《數(shù)據(jù)加密與PKI應(yīng)用（微課版）》 課件 Chapter04-分組加密算法

數(shù)據(jù)加密與PKI應(yīng)用第4章分組加密算法分組加密算法也叫塊兒加密算法（BlockCipher），屬于對(duì)稱(chēng)密碼體制，是“替代-換位”加密法到計(jì)算機(jī)加密的延伸。分組加密算法采用二進(jìn)制位運(yùn)算（或字節(jié)運(yùn)算）方式，運(yùn)算效率相對(duì)較高，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代加密系統(tǒng)中，是現(xiàn)代密碼學(xué)的重要組成部分。目錄014.1分組加密算法概述024.2數(shù)據(jù)加標(biāo)準(zhǔn)DES034.3高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES044.4分組加密工作模式明文分組與密文分組

分組加密算法將明文編碼為二進(jìn)制序列后，按固定長(zhǎng)度分為t個(gè)分組：M1,M2,...,Mt，使用密鑰對(duì)每個(gè)分組執(zhí)行相同的變換，從而生成t個(gè)密文分組：C1,C2,...,Ct。

考慮到算法的安全性，分組加密算法的分組長(zhǎng)度不能太短，應(yīng)該保證加密算法能夠抵抗密碼分析；另外，考慮到分組加密算法的實(shí)用性，分組長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，要便于運(yùn)算。目前，分組加密算法分組的大小通常為64比特或128比特。

分組加密算法處理的分組大小是固定的，如果明文數(shù)據(jù)的大小不是分組大小的整數(shù)倍，那么就需要對(duì)最后一個(gè)分組進(jìn)行填充，使其達(dá)到規(guī)定的大小。填充應(yīng)該具有可逆性，即在解密時(shí)應(yīng)該能夠識(shí)別出加密時(shí)使用的填充數(shù)據(jù)。分組加密算法的基本結(jié)構(gòu)擴(kuò)散性：隱蔽明文的統(tǒng)計(jì)特性。實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散性的常用方法是換位。模糊性：隱蔽密鑰的統(tǒng)計(jì)特性。實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散性的常用方法是替代。通常采用非線性變換。乘積密碼：將擴(kuò)散和模糊串聯(lián)起來(lái)并重復(fù)操作，這樣的密碼體制被稱(chēng)為（ProduceCipher）

20世紀(jì)40年代，香濃（Shannon）提出，好的加密算法應(yīng)該具備擴(kuò)散性（Diffusion）和模糊性（Confusion）。擴(kuò)散性：擴(kuò)散就是讓明文中的每一比特影響密文中的許多比特，或者說(shuō)讓密文中的每一比特受明文中的許多比特的影響，這樣可以隱蔽明文的統(tǒng)計(jì)特性。實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散性的常用方法是換位。模糊性：模糊就是將密文與密鑰之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系變得盡可能復(fù)雜，使得對(duì)手即使獲取了關(guān)于密文的一些統(tǒng)計(jì)特性，也無(wú)法推測(cè)密鑰。使用復(fù)雜的非線性替代變換可以達(dá)到比較好的模糊效果。實(shí)現(xiàn)模糊性的常用方法是替代。Feistel網(wǎng)絡(luò)是一種迭代結(jié)構(gòu)，它將明文平分為左右兩部分，L0和R0，經(jīng)過(guò)r(r≥1)輪迭代完成整個(gè)操作過(guò)程。假設(shè)第i-1輪的輸出為L(zhǎng)i-1和Ri-1，則它們作為第i輪的輸入，重復(fù)執(zhí)行相同的變換。Feistel網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的典型代表是數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（DES,DataEncryptionStandard）。Feistel網(wǎng)絡(luò)在SP網(wǎng)絡(luò)中，S表示替代，又被稱(chēng)為混淆層，主要起模糊作用；P表示換位，又被稱(chēng)為換位層，主要起擴(kuò)散作用。SP網(wǎng)絡(luò)也是一種乘積密碼，它由一定數(shù)量的迭代組成，其中每一次迭代都包含了替代和換位。假設(shè)第i-1輪的輸出為xi-1，它是第i輪的輸入，在經(jīng)過(guò)替代和換位后，輸出第i輪的結(jié)果xi，這里的替代部分需要使用第i輪的子密鑰ki。SP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的典型代表是高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AdvancedEncryptionStandard,AES）。SP網(wǎng)絡(luò)目錄014.1分組加密算法概述024.2數(shù)據(jù)加標(biāo)準(zhǔn)DES034.3高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES044.4分組加密工作模式DES算法的整體結(jié)構(gòu)明文分組：64比特；密鑰長(zhǎng)度：64比特；密文分組：64比特DES的加密過(guò)程包含3個(gè)階段：

(1)將64比特明文數(shù)據(jù)分組送入初始換位IP()函數(shù)（InitialPermutation），用于對(duì)明文中的數(shù)據(jù)重新排列，然后將明文分成兩部分，分別為L(zhǎng)0（前32比特）和R0（后32比特）。

(2)進(jìn)行16輪迭代運(yùn)算。這16輪迭代運(yùn)算具有相同的結(jié)構(gòu)，每輪都會(huì)應(yīng)用替代技術(shù)和換位技術(shù)，且使用不同的子密鑰k

i。這些子密鑰是從原始密鑰運(yùn)算而來(lái)的。第16輪運(yùn)算的輸出為R16和L16。

(3)將R16和L16重新拼接起來(lái)，然后送入逆初始換位IP-1()函數(shù)，最后的輸出就是64比特的密文。子密鑰生成

DES算法需要進(jìn)行16輪迭代運(yùn)算，每輪都需要一個(gè)48比特的子密鑰。

子密鑰是根據(jù)用戶提供的64比特初始密鑰產(chǎn)生的。子密鑰生成

將64比特的初始密鑰送入壓縮型初始密鑰換位表PC-1，去除奇偶校驗(yàn)位，對(duì)密鑰重新排列并分為兩部分，C0（前28比特）和D0（后28比特）。子密鑰生成

將64比特的初始密鑰送入壓縮型初始密鑰換位表PC-1，去除奇偶校驗(yàn)位，對(duì)密鑰重新排列并分為兩部分，C0（前28比特）和D0（后28比特）。子密鑰生成

在計(jì)算第i輪子密鑰時(shí)，將Ci-1和Di-1分別循環(huán)左移，移動(dòng)位數(shù)取決于輪數(shù)i。在第i=1,2,9,16輪中，C、D兩部分分別循環(huán)左移1位，其余輪中分別循環(huán)左移2位。4×1+12×2=28子密鑰生成

將經(jīng)過(guò)移位后的Ci和Di送入一個(gè)壓縮型換位表PC-2，將子密鑰壓縮為48比特（去除第9、18、22、25、35、38、43、54位）。子密鑰生成

將經(jīng)過(guò)移位后的Ci和Di送入一個(gè)壓縮型換位表PC-2，將子密鑰壓縮為48比特（去除第9、18、22、25、35、38、43、54位）。初始換位與逆初始換位

逆初始換位IP-1()是初始換位IP()的逆過(guò)程。逆初始換位針對(duì)16輪迭代的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，即執(zhí)行IP-1(R16||L16)?？梢钥闯觯ㄟ^(guò)逆初始換位，原明文分組的比特位被恢復(fù)原位。IP-1()IP()初始換位與逆初始換位f(Ri-1,ki)迭代函數(shù)

16輪迭代運(yùn)算具有相同的結(jié)構(gòu)。初始換位后的明文被分為左右兩部分進(jìn)行處理，每輪迭代的輸入是上一輪的輸出。以第i輪運(yùn)算為例：Li

=

Ri-1Ri

=

Li-1⊕f(Ri-1,ki)f(Ri-1,ki)迭代運(yùn)算

擴(kuò)展換位表如表4-8所示，它將32比特輸入（Ri-1）擴(kuò)展為48比特。f(Ri-1,ki)迭代運(yùn)算

子密鑰異或是指將經(jīng)過(guò)擴(kuò)展換位得到的48比特輸出與子密鑰

ki

進(jìn)行異或運(yùn)算。f(Ri-1,ki)迭代運(yùn)算

S盒替代是將上一步輸出的48比特作為輸入，經(jīng)過(guò)變換得到32比特輸出。S盒替代將48比特分成8個(gè)6比特的分組，分別輸入8個(gè)不同的S盒。假設(shè)S盒的6位輸入為x5x4x3x2x1x0，將x5x0轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)0~3中的一個(gè)數(shù)，它確定表中的行號(hào)；將x4x3x2x1轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)0~15中的一個(gè)數(shù)，它確定表中的列號(hào)。f(Ri-1,ki)迭代運(yùn)算S盒替代是將上一步輸出的48比特作為輸入，經(jīng)過(guò)變換得到32比特輸出。S盒替代將48比特分成8個(gè)6比特的分組，分別輸入8個(gè)不同的S盒。假設(shè)S盒的6位輸入為x5x4x3x2x1x0，將x5x0轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)0~3中的一個(gè)數(shù)，它確定表中的行號(hào)；將x4x3x2x1轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)0~15中的一個(gè)數(shù)，它確定表中的列號(hào)。f(Ri-1,ki)迭代運(yùn)算P盒換位是將S盒替代的輸出結(jié)果按照固定的換位盒（P盒）進(jìn)行變換。該換位將每位映射到輸出位，任何一位不能被映射兩次，也不能被省略。f()f(Ri-1,ki)

S盒替代是DES算法的核心，是一種非線性運(yùn)算：

如果沒(méi)有非線性運(yùn)算，則破譯者就能夠使用一個(gè)線性等式組來(lái)表示DES的輸入和輸出，其中密鑰位是未知的，這樣的算法很容易被破譯。迭代運(yùn)算DES的密文分組C可以表示為：C=IP-1(R16||L16)，將其代入加密算法，首先進(jìn)行初始換位IP：L0d||R0d=IP(C)

=IP(IP-1(R16||L16))

=R16||L16即L0d=R16，R0d=L16，也就是說(shuō)解密第1輪的輸入是加密第16輪的輸出。DES算法解密過(guò)程接下來(lái)分析解密的第1輪操作：L1d=R0d

=L16

=R15

R1d=L0d

⊕f(R0d,k16)

=R16

⊕f(L16,k16)

=L15

⊕f(R15,k16)

⊕f(L16,k16)

=L15

⊕f(L15,k16)⊕f(R15,k16)

=L15

這說(shuō)明，解密的第1輪輸出與加密的第16輪輸入相等。DES算法解密過(guò)程接下來(lái)的15輪迭代也執(zhí)行相同的操作：Lid=R16-i

Rid=L16-i

其中，i=1,2,...,16。DES算法解密過(guò)程解密的第16輪為：L16d=R0R16d=L0DES算法解密過(guò)程經(jīng)過(guò)逆初始換位，可以恢復(fù)出明文M：IP-1(R16d||L16d)

=IP-1(L0||R0)

=IP-1(IP(M))

=MDES算法解密過(guò)程因?yàn)椋篊16=C0，D16=D0，所以：k16

=PC-2(C16,D16)=PC-2(C0,D0)=PC-2(PC-1(k))

=k1d解密子密鑰生成過(guò)程

計(jì)算k15時(shí)，可以通過(guò)C16和D16循環(huán)右移1位，再經(jīng)過(guò)壓縮型換位PC-2得到，恰好等于k2d

。

另外，計(jì)算k1（k16d）、k8（k9d）、k15（k2d），需要循環(huán)右移1位后，再經(jīng)過(guò)壓縮型換位換位PC-2得到子密鑰

其他子密鑰則需要循環(huán)右移兩位，再經(jīng)過(guò)壓縮型換位換位PC-2得到子密鑰。算法特殊性(1)互補(bǔ)性。如果C=DESk(M)，那么當(dāng)明文和密鑰取補(bǔ)后，密文也會(huì)取補(bǔ)，即

。這種形式，使得DES在選擇明文攻擊下工作量減半。(2)弱密鑰。DES在每輪操作中都會(huì)使用一個(gè)子密鑰。如果給定初始密鑰k，使得各輪子密鑰都相等，則稱(chēng)k為弱密鑰。通過(guò)弱密鑰，加密明文兩次，則得到的仍然是明文，即：M=DESk(DESk(M))。DES的弱密鑰包括：0101010101010101H、1F1F1F1F0E0E0E0EH、E0E0E0E0F1F1F1F1H、FEFEFEFEFEFEFEFEH。算法特殊性(3)半弱密鑰。如果兩個(gè)不同的密鑰k和k'使得M=DESk(DESk'(M))，則k和k'為半弱密鑰，即k'能夠解密由密鑰k加密所得的密文。半弱密鑰只交替地生成兩種子密鑰，DES有6對(duì)兒半弱密鑰：窮舉攻擊與密碼分析窮舉攻擊：DES的密鑰太短，有效密鑰只有56比特，密鑰空間僅為256≈1017，1998年7月，電子前沿基金會(huì)（ElectronicFrontierFoundation,EFF）使用一臺(tái)造價(jià)25萬(wàn)美元的密鑰搜索機(jī)器，在56小時(shí)內(nèi)就成功破譯了DES。1999年1月，電子前沿基金會(huì)用22小時(shí)15分鐘就宣告破譯了一個(gè)DES的密鑰。密碼分析法：除了窮舉攻擊以外，還可以通過(guò)差分密碼分析（DifferentialCryptanalysis）、線性密碼分析（LinearCryptanalysis）、相關(guān)密鑰密碼分析（Related-KeyCryptanalysis）等方法來(lái)攻擊DES。差分分析通過(guò)分析明文對(duì)兒的差值（通過(guò)異或運(yùn)算來(lái)定義DES算法的差分）對(duì)密文對(duì)兒的差值的影響來(lái)恢復(fù)某些密鑰位。線性密碼分析通過(guò)線性近似值來(lái)描述DES操作結(jié)構(gòu)，試圖發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)的一些弱點(diǎn)。相關(guān)密鑰密碼分析類(lèi)似于差分密碼分析，但它考查不同密鑰間的差分。3DES雙重DES算法不能抵抗中途相遇攻擊（Meet-in-the-middleAttack）。在眾多的多重DES算法中，由Tuchman提出的三重DES算法是一種被廣泛接受的改進(jìn)方法，已經(jīng)被用于密鑰管理標(biāo)準(zhǔn)ANSX9.17和ISO8732中。通過(guò)三重DES，使用兩個(gè)密鑰，可以將有效密鑰長(zhǎng)度增加到112比特，可以有效抵御窮舉攻擊。目錄014.1分組加密算法概述024.2數(shù)據(jù)加標(biāo)準(zhǔn)DES034.3高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES044.4分組加密工作模式AES算法的整體結(jié)構(gòu)明文分組：128比特；密鑰長(zhǎng)度：128/192/256比特；密文分組：128比特AES加密使用了4個(gè)基本變換：字節(jié)代替（SubBytes）變換、行移位（ShiftRows）變換、列混合（MixColumns）變換、輪密鑰加（AddRoundKey）變換。

AES的解密使用了這4個(gè)變換的逆操作，分別為逆字節(jié)代替（InvSubBytes）變換、逆行移位（InvShiftRows）變換、逆列混合（InvMixColumns）變換和輪密鑰加變換（該變換自身就是可逆的變化）。AES就是利用上述4個(gè)基本變換經(jīng)過(guò)N輪迭代而完成的。當(dāng)密鑰長(zhǎng)度為128比特時(shí)，輪數(shù)N=10；當(dāng)密鑰長(zhǎng)度為192比特時(shí)，輪數(shù)N=12；當(dāng)密鑰長(zhǎng)度為256比特時(shí)，輪數(shù)N=14。AES算法的整體結(jié)構(gòu)加密過(guò)程：(1)給定一個(gè)明文分組M，將其放入狀態(tài)矩陣。輸入擴(kuò)展密鑰w0、w1、w2和w3，對(duì)狀態(tài)矩陣執(zhí)行輪密鑰加變換。(2)對(duì)狀態(tài)執(zhí)行第1輪到第N-1輪迭代變換，每輪都包括了字節(jié)代替、行移位、列混合、輪密鑰加四種變換。每輪的輪密鑰都會(huì)使用一個(gè)擴(kuò)展密鑰w4N、w4N+1、w4N+2和w4N+3。(3)對(duì)狀態(tài)執(zhí)行最后一輪變換，只執(zhí)行字節(jié)代替、行移位和輪密鑰加三個(gè)變換，輸出密文。輪密鑰加也會(huì)使用擴(kuò)展密鑰w4N、w4N+1、w4N+2和w4N+3。AES算法的整體結(jié)構(gòu)解密過(guò)程：(1)給定一個(gè)密文C，將其放入狀態(tài)矩陣。輸入擴(kuò)展密鑰w4N、w4N+1、w4N+2和w4N+3，對(duì)狀態(tài)矩陣執(zhí)行輪密鑰加變換。(2)對(duì)狀態(tài)執(zhí)行第1輪到第N-1輪迭代變換。每輪都包括了逆行移位、逆字節(jié)代替、輪密鑰加、逆列混合四種變換。每輪的密鑰加也會(huì)使用一個(gè)擴(kuò)展密鑰w4N、w4N+1、w4N+2和w4N+3。(3)對(duì)狀態(tài)執(zhí)行最后一輪變換，只執(zhí)行逆行移位、逆字節(jié)代替、輪密鑰加三種變換，輸出明文。輪密鑰加也會(huì)使用擴(kuò)展密鑰w4N、w4N+1、w4N+2和w4N+3。狀態(tài)矩陣AES算法最基本的運(yùn)算單位是字節(jié)（8比特）。1.設(shè)明文分組：

首先將其劃分為16個(gè)字節(jié)：

其中：

然后將a0~a15放入一個(gè)被稱(chēng)為狀態(tài)（State）的4×4矩陣中，AES的加密和解密都是在這種狀態(tài)中進(jìn)行的。2.密鑰也按照上述方法進(jìn)行排列，其行數(shù)為4行，列數(shù)為4列（128比特的密鑰）、6列（192比特的密鑰）或8列（256比特的密鑰）。狀態(tài)矩陣

從數(shù)學(xué)角度，可以將每個(gè)字節(jié)看作有限域上的一個(gè)元素，分別對(duì)應(yīng)一個(gè)次數(shù)不超過(guò)7的多項(xiàng)式：

還可以表示為一個(gè)兩位的十六進(jìn)制數(shù)。例如，01101011B可以表示為：

6BH輪密鑰加

輪密鑰加變換，由狀態(tài)矩陣與擴(kuò)展密鑰矩陣的對(duì)應(yīng)字節(jié)逐比特做異或運(yùn)算。由于輪密鑰加使用異或運(yùn)算，所以其逆變換的運(yùn)算方法相同。

舉例：給定狀態(tài)矩陣和擴(kuò)展密鑰矩陣，計(jì)算輪密鑰加變換的結(jié)果。字節(jié)代替與逆字節(jié)代替

字節(jié)代替是一個(gè)非線性變換，對(duì)狀態(tài)矩陣中的每一個(gè)字節(jié)a進(jìn)行運(yùn)算

b=M·a-1+v，得到字節(jié)b（如果a=0，則映射到自身，即b=0）。

v是固定向量，值為63H；M是可逆的固定矩陣；a-1是a模一個(gè)8次不可約多項(xiàng)式的乘法逆元，在AES算法中，這個(gè)8次不可約多項(xiàng)式為m(x)=x8+x4+x3+x+1。v=字節(jié)代替與逆字節(jié)代替

逆字節(jié)代替變換是字節(jié)代替變換的逆變換。首先對(duì)字節(jié)進(jìn)行仿射變換的逆變換，然后對(duì)所得結(jié)果求在GF（28）上的乘法逆元。也可以將該變換制作成表格進(jìn)行查詢。列混合與逆列混合

列混合變換是一個(gè)線性變換，它混淆了狀態(tài)矩陣的每一列。由于每個(gè)輸入字節(jié)都影響了四個(gè)輸出字節(jié)，因此列混合起到了擴(kuò)散的作用。逆列混合變換是列混合變換的逆，也可以寫(xiě)成矩陣乘法形式。列混合與逆列混合

【例4-4】狀態(tài)中的1列為E6H、1BH、50H、18H，計(jì)算列混和運(yùn)算后的結(jié)果。d0=02H·E6H+03H·1BH+01H·50H+01H·18H=B2H

02H·E6H

=

x·(x7+x6+x5+x2+x)=x7+x6+x4+x2+x+1

03H·1HB

=

x5+x3+x2+1

01H·50H

=

x6+x4

01H·18H

=

x4+x3，所以d0=x7+x5+x4+x=B2H

同理d1=38Hd2=75Hd3=4AH密鑰擴(kuò)展

密鑰擴(kuò)展算法將原初始密鑰作為輸入，輸出AES的擴(kuò)展密鑰。

對(duì)于長(zhǎng)度為128比特的密鑰，它對(duì)應(yīng)的輪數(shù)N=10，需要11個(gè)擴(kuò)展密鑰；對(duì)于長(zhǎng)度為192比特的密鑰，它對(duì)應(yīng)的輪數(shù)N=12，需要13個(gè)擴(kuò)展密鑰；對(duì)于長(zhǎng)度為256比特的密鑰，它對(duì)應(yīng)的輪數(shù)N=14，需要15個(gè)擴(kuò)展密鑰。獲取第1個(gè)密鑰擴(kuò)展

給定一個(gè)初始密鑰k（以128比特密鑰為例），將其放入狀態(tài)矩陣，可以直接得到第1個(gè)擴(kuò)展密鑰中的4個(gè)子密鑰w0、w1、w2、w3。2~10之子密鑰1(1)RotBytes(w4N-1)為字節(jié)旋轉(zhuǎn)，將w4N-1的四個(gè)字節(jié)循環(huán)左移一個(gè)字節(jié)。(2)SubBytes()為字節(jié)代替，與AES加密算法中的字節(jié)代替相同。(3)RCN/1為輪常數(shù)。其中，2~10之子密鑰2~4

第1個(gè)到第11個(gè)擴(kuò)展密鑰，每一個(gè)擴(kuò)展密鑰的第2~4個(gè)子密鑰可以通過(guò)公式4-10計(jì)算得到。AES的安全性分析

在AES算法中，每一輪加密常數(shù)的不同可以消除可能產(chǎn)生的輪密鑰的對(duì)稱(chēng)性。輪密鑰生成算法的非線性特性消除了產(chǎn)生相同輪密鑰的可能性。加密/解密過(guò)程中使用不同的變換可以避免出現(xiàn)類(lèi)似DES算法中弱密鑰和半若密鑰的可能。不可能差分（ImpossibleDifferential）攻擊法已經(jīng)成功破解了6輪的AES-128；平方（Square）攻擊法已經(jīng)成功破解了7輪的AES-128和AES-192；沖突（Collision）攻擊法也已經(jīng)成功破解了7輪的AES-128和AES-192。

所有這些攻擊方法對(duì)于全部10輪的AES-128進(jìn)行破解都失敗了，但是這表明AES算法可能存在有待發(fā)現(xiàn)的弱點(diǎn)。

如果將AES用于智能卡等硬件裝置，通過(guò)觀察硬件的性能特征可以發(fā)現(xiàn)一些加密操作的信息，這種攻擊方法叫做旁路攻擊（Side-ChannelAttack）。

例如，當(dāng)處理密鑰為“1”的比特位時(shí)，需要消耗更多的能量，通過(guò)監(jiān)控能量的消耗，可以知道密鑰的每個(gè)位；還有一種攻擊是監(jiān)控完成一個(gè)算法所消耗的時(shí)間的微秒數(shù)，所消耗時(shí)間數(shù)也可以反映部分密鑰位。目錄014.1分組加密算法概述024.2數(shù)據(jù)加標(biāo)準(zhǔn)DES034.3高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES044.4分組加密工作模式電碼本模式加密與解密過(guò)程：c

i=Ek(m

i),1≤i≤tm

i=Dk(c

i),1≤i≤t

電碼本模式簡(jiǎn)稱(chēng)為ECB（ElectronicCodeBook）。

在這種模式下，將需要加密的消息按照加密算法的分組大小分為數(shù)個(gè)分組，并對(duì)每個(gè)分組進(jìn)行獨(dú)立加密形成密文分組，然后將所有密文分組連接起來(lái)得到密文。每個(gè)明文分組或密文分組的錯(cuò)誤只影響其對(duì)應(yīng)的密文分組或明文分組，而不會(huì)傳遞給其它密文分組或明文分組。采用EBC模式時(shí)，不同的明文分組或密文分組的加密或解密可以并行處理，在硬件或軟件運(yùn)算時(shí)速度很快。

ECB模式的缺點(diǎn)是不能隱藏明文的模式，因此ECB模式無(wú)法抵抗攻擊者的主動(dòng)攻擊，安全性較差。ECB模式可以用于處理短消息，例如加密密鑰時(shí)可以使用ECB模式。密碼分組鏈模式加密：c

i=Ek(m

i

⊕c

i-1),1≤i≤t，其中c0=IV；解密：m

i=Dk(c

i)⊕c

i-1,1≤i≤t，其中c0=IV

密碼分組鏈接模式簡(jiǎn)稱(chēng)CBC（Cipher-BlockChaining）。

每個(gè)明文分組先與前一個(gè)密文分組進(jìn)行異或后，再進(jìn)行加密。由于第一個(gè)明文分組之前沒(méi)有前一個(gè)密文分組，所以需要選擇一個(gè)初始向量IV（InitializationVector），這個(gè)初始向量相當(dāng)于c0。密文隱藏了明文的模式；通過(guò)選擇不同的初始向量，可以使重復(fù)的明文產(chǎn)生不同的密文，而無(wú)需重新產(chǎn)生密鑰；CBC模式適合傳輸長(zhǎng)報(bào)文，是SSL、IPSec等協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)分組加密工作模式。IV應(yīng)該像密鑰一樣安全傳輸和存儲(chǔ)；如果明文分組中出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么錯(cuò)誤會(huì)傳遞給當(dāng)前密文分組以及后面所有密文分組；如果某個(gè)密文分組發(fā)生錯(cuò)誤，那么錯(cuò)誤會(huì)影響當(dāng)前解密的明文分組以及下一個(gè)解密的明文分組；CBC模式的加密過(guò)程是不能并行運(yùn)算的，但是解密過(guò)程可以并行運(yùn)算。密碼反饋模式

密碼反饋模式簡(jiǎn)稱(chēng)CFB（CipherFeedback），前一個(gè)密文分組會(huì)被送回到密碼算法的輸入端。如果明文分組的大小為s比特，那么首先選擇一個(gè)n比特（n>s）的初始向量V1=IV，然后利用密鑰k加密該向量得到n比特序列。取該序列中高位的s比特與明文分組進(jìn)行異或運(yùn)算，得到s比特的密文分組。在加密第2個(gè)明文分組時(shí)，首先將初始向量左移s比特，然后將上一輪加密生成的s比特的密文分組附加到其后形成新一輪的向量，后續(xù)加密過(guò)程與第1個(gè)明文分組的加密過(guò)程相同。用同樣的方法完成全部t個(gè)明文分組的加密。

CFB模式加密和解密過(guò)程都使用了分組加密算法，本質(zhì)上是將分組加密算法作為一個(gè)密鑰流生成器來(lái)使用。密碼反饋模式與CBC模式類(lèi)似，通過(guò)CFB模式生成的密文隱藏了明文的模式，并且選擇的初始向量IV不同，那么得到的密文也不相同。明文分組的長(zhǎng)度s可以由用戶來(lái)確定，該模式適用于不同的消息格式要求。加密

c1=m1

⊕MSBs(Ek(V1))

ci=mi

⊕MSBs(Ek(LSBn-s(Vi-1)||ci-1)),2≤i≤t解密

m1=c1

⊕MSBs(Ek(V1))

mi=ci

⊕MSBs(Ek(LSBn-s(Vi-1)||ci-1)),2≤i≤t密碼反饋模式CFB模式的加密過(guò)程是不能并行運(yùn)算的，但是解密過(guò)程可以并行運(yùn)算。在CFB模式中，加密運(yùn)算不需要明文，所以在明文未知的情況下可以提前加密向量，等明文已知時(shí)可以直接通過(guò)異或運(yùn)算處理明文分組，從而大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)算效率。在CFB模式中，可以利用預(yù)處理的方式來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的加密效率。如果某個(gè)明文分組發(fā)生錯(cuò)誤，那么由它生成的密文分組會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，是否影響后續(xù)密文分組，取決于向量的長(zhǎng)度和密文分組長(zhǎng)度的關(guān)系。如果某個(gè)密文分組發(fā)生錯(cuò)誤，那么解密的當(dāng)前明文分組會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，是否影響后續(xù)密