20、认证加密与计算难题：原理、特性与挑战

认证加密与计算难题：原理、特性与挑战

1. 认证加密模式概述

认证加密旨在同时实现数据的机密性和完整性验证。常见的认证加密模式有OCB、GCM、SIV等，每种模式都有其独特的特性和适用场景。

2. OCB模式

• 认证标签计算 ：与GCM和加密后MAC不同，OCB通过组合明文数据来计算认证标签，且有可靠的安全证明支持。
• 安全性 ：在处理重复随机数（nonce）方面，OCB比GCM更稳健。若随机数被重复使用，攻击者在OCB模式下只能发现部分明文块相同，而在GCM模式下，攻击者不仅能发现重复块，还能计算相同位置块之间的异或差异。不过，重复随机数仍可能破坏OCB的认证性，但攻击者无法像在GCM中那样恢复密钥。
• 效率 ：OCB和GCM速度相近，都具有可并行化和流式处理的特点。在原始效率上，两者对底层块密码（通常是AES）的调用次数大致相同，但OCB更高效，因为它只需对明文进行异或操作，而无需进行相对昂贵的GHASH计算。然而，OCB在加密和解密时需要块密码的加密和解密功能，这在硬件资源有限时会增加实现成本，而GCM仅使用加密功能。

3. SIV模式

• 安全性 ：SIV是一种通常与AES结合使用的认证加密模式。即使重复使用随机数，SIV仍然安全。攻击者获得使用相同随机数加密的两个密文时，只能判断是否对相同明文进行了两次加密，无法确定两个消息的第一个块是否相同，因为加密使用的随机数是给定随机数和明文的组合。 </