【转】对称加密和分组加密中的四种模式(ECB、CBC、CFB、OFB)

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注:以下图片来自于《图解密码学》,这本书讲的更全面细致,建议阅读,在我资源库中有此书,还有使用go语言具体实现和解释此书中的各种加密算法的文档,有需要的可以自习前往免费下载

Q:为什么需要分组模式?
A:明文的长度不固定,而分组密码只能处理特定长度的一块数据,这就需要对分组密码的算法进行迭代,以便将一段很长的明文全部加密,而迭代的方法就是分组的模式。

一图全览五种分组模式

常用分组模式全览

五种模式详解

1. ECB - Electronic Code Book, 电子密码本模式

  • 特点: 简单, 效率高, 密文有规律, 容易被破解
  • 最后一个明文分组必须要填充
    • des/3des -> 最后一个分组填充满8字节
    • aes -> 最后一个分组填充满16字节
  • 不需要初始化向量

ECB模式图解


2. CBC - Cipher Block Chaining, 密码块链模式(推荐使用)

  • 特点: 密文没有规律, 经常使用的加密方式
  • 最后一个明文分组需要填充
    • des/3des -> 最后一个分组填充满8字节
    • aes -> 最后一个分组填充满16字节
  • 需要一个初始化向量 - 一个数组
    • 数组的长度: 与明文分组相等
    • 数据来源: 负责加密的人的提供的
    • 加解密使用的初始化向量值必须相同
      CBC模式的加密

3. CFB - Cipher FeedBack, 密文反馈模式

  • 特点: 密文没有规律, 明文分组是和一个数据流进行的按位异或操作, 最终生成了密文
  • 需要一个初始化向量 - 一个数组
    • 数组的长度: 与明文分组相等
    • 数据来源: 负责加密的人的提供的
    • 加解密使用的初始化向量值必须相同
  • 不需要填充
    CFB模式加密

4. OFB - Output-Feedback, 输出反馈模式

  • 特点: 密文没有规律, 明文分组是和一个数据流进行的按位异或操作, 最终生成了密文
  • 需要一个初始化向量 - 一个数组
    • 数组的长度: 与明文分组相等
    • 数据来源: 负责加密的人的提供的
    • 加解密使用的初始化向量值必须相同
  • 不需要填充
    OFB分组模式

5. CTR - CounTeR, 计数器模式(重点,推荐使用)

  • 特点: 密文没有规律, 明文分组是和一个数据流进行的按位异或操作, 最终生成了密文
  • 不需要初始化向量
    • go接口中的iv可以理解为随机数种子, iv的长度 == 明文分组的长度
  • 不需要填充
    这里我们有必要给出CTR模式额解密流程,因为CTR模式的解密和加密是一模一样的过程,在程序实现中也是可逆的,具体程序在文章实现底部有链接
    CTR分组模式
    CTR解密流程
    通过对比发现CTR加密即解密,解密即加密,且各分组之间是独立的,可以并发完成,效率高。

总结

以上五种分组模式中,ECB模式很容易被破解,如今已经很少再使用,其余四种分组模式各有千秋。
但极力推荐CBC模式和CTR模式,尤其是CTR模式,不需要填充,代码实现起来很方便。而且加密和解密的方法是一样的,并且可以实现并发分组,效率高,安全性也有保障

Q:何时需要填充,何时不需要填充?
A:观察分组模式的图示可以看出,加密后再进行异或操作的不需要填充,而先进行异或操作再加密的则需要填充,这是因为异或操作需要两个相同长度的数据,一一对比计算!


代码实现

篇幅有限,我在这篇帖子用以上分组模式实现了AES、DES、3DES的加密解密(go语言),轻戳了解。
CBC模式实现DES和3DES加密解密
CTR模式实现AES加密解密

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