12、现代密码学中的IV使用与基于随机数的加密

现代密码学中的IV使用与基于随机数的加密

1. IV使用不当的影响

在加密过程中，通常假设每次加密消息时都会选择合适长度的均匀初始化向量（IV）。但当这个假设不成立时，就会产生安全问题，其结果取决于假设不成立的方式以及所使用的加密模式。

• IV重复的影响 ：
  • 流密码模式（OFB和CTR） ：如果IV重复，会导致整个伪随机流重复，攻击者通过对使用相同IV的两个密文进行异或操作，就能得到对应明文的异或结果，这是非常危险的。
  • CBC模式 ：虽然IV重复会泄露一些信息，但在实际中，使用相同IV的两次加密中，块密码的输入会在几个明文块后“发散”，攻击者无法获取之后明文块的信息。
• 非均匀IV的影响 ：如果加密方案不选择均匀的IV，即使假设IV从不重复，也会有不同的结果。例如，当IV是攻击者可以提前预测的值（如单调递增的计数器）时：
  • CTR模式 ：仍然是安全的，因为其安全性证明只要求IV不重复。
  • CBC模式 ：不再安全，之前在链式CBC模式中已经讨论过这种情况。

为了解决潜在的IV使用不当问题，可以采用基于随机数（nonce）的加密方法。

2. 消息篡改与传输错误

在许多文献中，会根据加密模式对密文对抗篡