java 实现AES的CBC、CFB、OFB加解密

1. CBC(Cipher Block Chaining,密码分组链接模式)

概述

CBC 模式是一种常见的块密码工作模式,通过将每个明文块与前一个密文块进行异或操作,再进行加密,从而增强数据的安全性。

工作原理

  1. 初始向量(IV,Initialization Vector)

    • CBC 模式需要一个随机生成的 IV 来确保相同明文在不同加密过程中的密文不同。
  2. 加密过程

    • 步骤 1:将第一个明文块与 IV 进行异或(XOR)操作。
    • 步骤 2:将异或后的结果通过块密码算法(如 AES)加密,生成第一个密文块。
    • 步骤 3:将第一个密文块与第二个明文块进行异或,再加密生成第二个密文块。
    • 步骤 4:重复上述步骤,直到所有明文块都被加密。
  3. 解密过程

    • 步骤 1:将第一个密文块解密,得到异或后的数据。
    • 步骤 2:将解密后的数据与 IV 进行异或,恢复出第一个明文块。
    • 步骤 3:将解密后的密文块与下一个密文块进行异或,恢复出下一个明文块。
    • 步骤 4:重复上述步骤,直到所有密文块都被解密。

特点

  • 依赖性:每个密文块都依赖于前一个密文块,增强了安全性。
  • 随机性:使用 IV 增加了加密的随机性,防止相同明文生成相同密文。
  • 错误传播:在解密过程中,如果某个密文块损坏,将导致该块和下一个块的解密失败。

优点

  • 增强安全性:通过链接操作,使得相同的明文块在不同的加密过程中生成不同的密文块。
  • 简单易实现:实现相对简单,广泛支持于各种加密库和标准中。

缺点

  • 无法并行处理:由于每个密文块依赖于前一个密文块,加密和解密过程无法并行化,影响性能。
  • 错误传播:解密过程中,某个密文块的错误会影响到当前块和下一个块的解密结果。

适用场景

  • 文件加密:如加密文件系统中的数据。
  • 通信加密:如 SSL/TLS 的部分加密阶段。
  • 通用数据保护:适用于需要高度安全性的场合。

2. CFB(Cipher Feedback,密码反馈模式)

概述

CFB 模式将块密码转换为一种类似流密码的工作模式,可以处理任意长度的数据流。它通过将前一个密文块反馈到加密过程中,实现对明文的加密。

工作原理

  1. 初始向量(IV)

    • CFB 模式同样需要一个随机生成的 IV 来确保加密的随机性。
  2. 加密过程

    • 步骤 1:将 IV 加密,得到一个密钥流块。
    • 步骤 2:将密钥流块与第一个明文块进行异或,生成第一个密文块。
    • 步骤 3:将第一个密文块作为下一个加密过程的输入,加密后得到下一个密钥流块。
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