密码库LibTomCrypt学习记录——（2.25）分组密码算法的工作模式——EAX加密认证模式

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本文深入探讨了EAX加密认证模式，一种结合了加密和认证功能的安全算法。EAX由Mihir Bellare等人提出，旨在替代CCM标准，提供更优的性能和简化的设计。文章详细介绍了EAX的工作原理、加密流程以及LibTomCrypt库中实现的相关函数。

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EAX是一种加密认证模式，它可以对消息明文进行加密，同时对消息明文和关联信息（Associated Data）进行认证，当然此关联信息也可以为空。EAX由Mihir Bellare等人在2003年提交给NIST，其目的是希望取代现在的CCM标准。因为相较之下，EAX有更好的表现，而CCM显得较为复杂。但到目前为止，EAX还没有取代CCM。

EAX参考文献

Mihir Bellare, Phillip Rogaway, and David Wagner, The EAX Mode of Operation, FSE 2004, LNCS 3017, pp. 389–407, 2004.
Mihir Bellare, Phillip Rogaway, and David Wagner, The EAX Mode of Operation(A Two-Pass Authenticated-Encryption Scheme Optimized for Simplicity and Efficiency), A preliminary full version appears in Fast Software Encryption ’04, Lecture Notes in Computer Science.

EAX算法

EAX加密流程

输入：

K：密钥
M：明文
N：随机数
H：不需加密仅需认证的关联信息

输出：

C：密文
CT：认证MAC值（t bit）

EAX的加密流程图如下：

图 EAX加密流程图

LibTomCrypt与EAX

记录EAX信息的结构体是eax_state，其结构如下

typedef struct {

unsigned char N[MAXBLOCKSIZE];

symmetric_CTR ctr;

omac_state headeromac, ctomac;

} eax_state;//ctomac记录了OMAC_K( [2]_128 || c)的信息。

参数说明

N = LTC_OMAC_0K(nonce) = OMAC_K( [0]_128 || nonce)，在eax_init()中被计算出来，在eax_done()中使用此N值。
ctr记录了CTR加密模式的工作状态。
headeromac记录了OMAC_K( [1]_128 || header)的信息。为方便继续添加header，故而采用 omac_state，这样以后可以调用eax_addheader()添加header。
ctomac记录密文的omac信息状态。

eax涉及函数如下。

int eax_init(eax_state *eax, int cipher, const unsigned char *key, unsigned long keylen, const unsigned char *nonce, unsigned long noncelen, const unsigned char *header, unsigned long headerlen);

int eax_encrypt(eax_state *eax, const unsigned char *pt, unsigned char *ct, unsigned long length);

int eax_decrypt(eax_state *eax, const unsigned char *ct, unsigned char *pt, unsigned long length);

int eax_addheader(eax_state *eax, const unsigned char *header, unsigned long length);

int eax_done(eax_state *eax, unsigned char *tag, unsigned long *taglen);

int eax_encrypt_authenticate_memory(int cipher, const unsigned char *key, unsigned long keylen, const unsigned char *nonce, unsigned long noncelen, const unsigned char *header, unsigned long headerlen, const unsigned char *pt, unsigned long ptlen, unsigned char *ct, unsigned char *tag, unsigned long *taglen);

int eax_decrypt_verify_memory(int cipher, const unsigned char *key, unsigned long keylen, const unsigned char *nonce, unsigned long noncelen, const unsigned char *header, unsigned long headerlen, const unsigned char *ct, unsigned long ctlen, unsigned char *pt, unsigned char *tag, unsigned long taglen, int *stat);

int eax_test(void);

──────────────────────────────────────

int eax_init(eax_state *eax, int cipher, const unsigned char *key, unsigned long keylen, const unsigned char *nonce, unsigned long noncelen, const unsigned char *header, unsigned long headerlen)

// [功能] 初始化EAX