AES加密的工作模式ECB、CBC、CFB、OFB及案例 |
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AES加密的工作模式ECB、CBC、CFB、OFB及案例
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高级加密标准（Advanced Encryption Standard: AES）是美国国家标准与技术研究院（NIST）在2001年建立了电子数据的加密规范。其是对称加解密算法的最经典算法之一，它是一种分组加密标准，每个加密块大小为128位，允许的密钥长度为128、192和256位。这里只介绍ECB、CBC、CFB和OFB四种加密模式 目录 ECB（电子密码本模式）CBC模式（密码分组链接模式）CFB模式 (密文反馈模式）OFB模式（输出反馈模式） 改变一个明文分组对四种工作模式的影响作业案例 ECB（电子密码本模式）之所以使用分组密码模式是因为分组密码只能处理定长的数据，如AES处理128bit，那么将明文切分成若干个128bit，分别加密。这种模式就是ECB模式，实际上有很明显的弱点，现在已经不被使用。 ECB模式是最简单的一种，它有很严重的问题，就是相同的明文会得到同样的密文。因为每个分组加密方式和密钥都相同，若分组明文相同，加密后密文也相同。 所以需要寻找一种模式，它至少得满足： 相同的明文分组加密后密文不同。明文微小变化都能造成密文有很大变化。 CBC模式（密码分组链接模式）CBC模式由IBM发明与1976年，在CBC模式中，每个平文块先与前一个密文块进行异或后，再进行加密。在这种方法中，每个密文块都依赖于它前面的所有密文块。同时，为了保证每条消息的唯一性，在第一个块中需要使用初始化向量。 加密跟解密过程如下： 这里引入了初始化向量IV，因为第一组明文不存在"前一个密文"，一般来说每次加密都会生成随机值来做初始 化向量。 CFB模式 (密文反馈模式）CFB又称密文反馈模式，前一个密文分组会被送入密码算法的输入端，再将输出的结果与明文做异或。与ECB和CBC模式只能够加密块数据不同，CFB能够将块密文（Block Cipher）转换为流密文。 加密跟解密过程如下： OFB又称输出反馈模式，前一组密码算法输出会输入到下一组密码算法输入。先用块加密器生成密钥流，然后再将密钥流与明文流异或得到密文流，解密是先用块加密器生成密钥流，再将密钥流与密文流异或得到明文，由于异或操作的对称性所以加密和解密的流程是完全一样的。 输入学号后两位数字 n，出生年份后两位数字 m (00后取99年)。 x1 = n mod 64, x2 = (n + 20) mod 64, x3 = (n + 40) mod 64, 初始向量 IV = m mod 64， K = (1 0 0 1 1 0), Ek(z) = z ⊕ k 求四种模式下的y1, y2, y3? Python版如下： # ECB模式 def ecb_enc(): return x1^key, x2^key, x3^key # CBC模式 def cbc_enc(): return (iv^x1)^key, (((iv^x1)^key)^x2)^key, (((((iv^x1)^key)^x2)^key)^x3)^key # OFB模式 def ofb_enc(): return x1^(iv^key), x2^((iv^key)^key), x3^(((iv^key)^key)^key) # CFB模式 def cfb_enc(): return x1^(iv^key), x2^(x1^(iv^key)^key), x3^(x2^(x1^(iv^key)^key)^key) # 输入学号后两位数字 n，出生年份后两位数字 m (00后取99年)。 print('请输入学号后两位数字 n:') n = int(input()) print('请输入出生年份后两位数字 m:') m = int(input()) x1, x2, x3 = n % 64, (n + 20) % 64, (n + 40) % 64 iv = m % 64 k = '100110' key = int(k,2) print('x1={}, x2={}, x3={}'.format(x1,x2,x3)) # 转为二进制后 print('转为二进制后: x1={}, x2={}, x3={}'.format(bin(x1),bin(x2),bin(x3))) # ECB模式下 ecb_y1, ecb_y2, ecb_y3 = ecb_enc() print('ECB模式下: y1={}, y2={}, y3={}, 二进制: y1={}, y2={}, y3={}'.format(ecb_y1, ecb_y2, ecb_y3, bin(ecb_y1), bin(ecb_y2), bin(ecb_y3))) # CBC模式下 cbc_y1, cbc_y2, cbc_y3 = cbc_enc() print('CBC模式下: y1={}, y2={}, y3={}, 二进制: y1={}, y2={}, y3={}'.format(cbc_y1, cbc_y2, cbc_y3, bin(cbc_y1), bin(cbc_y2), bin(cbc_y3))) # OFB模式下 ofb_y1, ofb_y2, ofb_y3 = ofb_enc() print('OFB模式下: y1={}, y2={}, y3={}, 二进制: y1={}, y2={}, y3={}'.format(ofb_y1, ofb_y2, ofb_y3, bin(ofb_y1), bin(ofb_y2), bin(ofb_y3))) # CFB模式下 cfb_y1, cfb_y2, cfb_y3 = cfb_enc() print('CFB模式下: y1={}, y2={}, y3={}, 二进制: y1={}, y2={}, y3={}'.format(cfb_y1, cfb_y2, cfb_y3, bin(cfb_y1), bin(cfb_y2), bin(cfb_y3)))运行结果如下： |
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