分组密码四种运行模式

分组密码有4中基本的运行模式,分别是:
1.【电码本(ECB)模式】
2.【密码分组链接(CBC)模式】
3.【密码反馈(CFB)模式】
4.【输出反馈(OFB)模式】
下面以DES算法为例看一下几种模式的具体工作方式。

1.电码本模式

电码本模式是最简单的运行模式,它一次对一个长为64bit的明文分组进行加密,而且每次加密秘钥都相同。如果明文消息长于64bit,则将其分为64bit长的分组,如果少于64bit,则需要填充。
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电码本模式最大的特性是若同一明文分组在消息中重复出现,则产生的密文分组也相同。

2.密码分组链接模式

一次对一个明文分组加密,每次加密使用同一个密钥,加密算法的输入是当前明文分组与上一次密文分组的异或,一次加密算法的输入不会显示出与这一次明文分组之间的固定关系。
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在产生第一个密文分组时,需要一个初始向量IV与第一个明文分组异或, IV对于收发双方都是已知的,并且IV可以以明文形式发送。
CBC模式除了可以用来加密较长明文消息分为外,还可以用来认证。

3.密码反馈模式

CFB模式可以将DES转换为流密码,流密码不需要对消息进行填充,而且运行是实时的,流密码具有密文和明文一样长的性质。
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加密时,加密算法的输入是64bit移位寄存器,其初值为某个初始向量IV,加密算法输出的最左jbit与明文的第一个单元P1异或,产生密文的第一个单元C1,并传送该单元。然后将移位寄存器的内容左移j位并将C1送入移位寄存器最右边j位。
CFB模式不仅能用于保密,还能用于认证。

4.输出反馈模式

输出反馈模式和密码反馈模式类似,不同之处在于,输出反馈模式是将加密算法的输出反馈到移位寄存器,而密码反馈模式是将密文单元反馈到移位寄存器。
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OFB模式的优势是传输过程中的比特错误不会被传播。

### 分组密码运行模式详解 分组密码是一种将明文按照固定长度分组并进行加密的技术。为了适应不同的应用场景,分组密码通常采用多种运行模式。以下是几种常见的分组密码运行模式及其特点: #### 1. ECB模式(电子密码模式ECB模式是最简单的分组密码运行模式。它对每个64位的明文分组独立加密,使用相同的密钥[^1]。如果明文消息长度超过64位,则将其分割为多个64位分组;若不足64位,则需要填充。ECB模式的主要特性是:若同一明文分组在消息中重复出现,则产生的密文分组也相同[^3]。然而,这种特性可能导致数据模式泄露,因此当消息长度超出一个分组或需要加密多个单组消息时,不建议使用ECB模式[^3]。 #### 2. CBC模式密码块链接模式CBC模式通过引入前一个密文分组与当前明文分组的异或操作,解决了ECB模式中重复明文分组产生相同密文的问题。具体而言,在加密过程中,当前明文分组首先与前一个密文分组进行异或操作,然后使用密钥对其进行加密[^3]。对于第一个分组,通常使用一个随机生成的初始向量(IV)代替前一个密文分组。这种机制确保了即使两个明文分组相同,它们的密文也不相同,从而提高了安全性。 #### 3. CFB模式(密文反馈模式CFB模式分组密码转换为流密码使用。在这种模式下,加密算法的输出值被用作流密码的密钥流。具体过程为:使用密钥和初始向量生成一个输出值,该输出值与当前明文分组进行异或操作以生成密文分组[^4]。解密时,使用相同的密钥和初始向量生成相同的输出值,并与密文分组异或得到明文分组CFB模式的一个显著特点是它可以处理任意长度的明文,而不需要填充。 #### 4. OFB模式(输出反馈模式OFB模式类似于CFB模式,但其加密过程更加简单。在OFB模式中,加密算法的输出值仅依赖于密钥和初始向量,而不依赖于明文或密文[^4]。具体而言,初始向量通过加密算法生成一个输出值,该输出值与明文分组异或得到密文分组。随后,输出值再次通过加密算法生成下一个输出值,以此类推。由于输出值的生成与明文无关,OFB模式具有较好的错误传播抵抗能力。 #### 5. CTR模式(计数器模式) CTR模式是一种高效的分组密码运行模式。它使用一个计数器代替初始向量,并通过加密算法生成一个与明文分组等长的输出值[^4]。该输出值与明文分组进行异或操作以生成密文分组。CTR模式的优点在于其并行性:由于每个密文分组的生成仅依赖于计数器值,因此可以同时计算多个密文分组。此外,CTR模式不需要填充,适合处理任意长度的明文。 ### 示例代码 以下是一个基于Python的AES加密算法实现CTR模式的示例代码: ```python from Crypto.Cipher import AES from Crypto.Util.Padding import pad, unpad from Crypto.Random import get_random_bytes # 初始化密钥和计数器 key = get_random_bytes(16) nonce = get_random_bytes(8) # 创建CTR模式的AES加密对象 cipher = AES.new(key, AES.MODE_CTR, nonce=nonce) # 加密过程 plaintext = b"Hello, this is a test message!" ciphertext = cipher.encrypt(plaintext) # 解密过程 cipher_decrypt = AES.new(key, AES.MODE_CTR, nonce=nonce) decrypted_text = cipher_decrypt.decrypt(ciphertext) print("Original Text:", plaintext) print("Encrypted Text:", ciphertext) print("Decrypted Text:", decrypted_text) ```
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