分組密碼工作模式簡述

這篇隨筆將介紹對稱式加密中分組密碼的工作模式 -- RT。

工作模式：
其實很愚鈍，今天才突然明白這個模式是什麼意思？
所謂模式，就是方法，就是加密的方法，既然是對稱式加密，解密方法也包括在內了。在分組密碼理論上，簡單的說就是一個分組經過加密，產生一個對應的分組密文，至於如何加密，沒有限制，模式就對應這裡的“如何加密”，從A點到B點，我們可以有多種走法，供君選擇，可以是直接A到B，也可以是A到C再到B。在軟體結構上也常如此，上層可能不需要知道底層如何工作，下層也不認識上層，各自做自己的分內事就好了。不知道設計者是否就是出於這樣的考慮，才提出這樣的概念。正如哲學所說：機制與策略分離，果真如此。為什麼今天才想通，怪！可能是把密碼編譯演算法(cipher algorithm)與模式(mode)弄混了吧。模式中會用到密碼編譯演算法，密碼編譯演算法屬於模式中的一個環節。常見的區塊編碼器演算法有： DES、3DES和AES。它們都有可與之搭配的模式，參照[1]。

模式分類：
1）ECB(Electronic CodeBook)
      A. 所有分組使用同一密鑰，相同明文產生相同的密文，因而說是最簡單的分組模式。

      B. 加密函數加密，解密函數解密。

2) CBC(Cipher Block Chaining) 
      A. 所有分組使用同一密鑰；但是，密碼編譯演算法的輸入是本次分組明文與前次密文的異或（第一次需要IV），這就克服了ECB相同明文產生相同密文的缺陷。

      B. 加密函數加密，解密函數解密。

3) CFB(Cipher FeedBack)
      A. 該模式的每個分組可以使用不同的密鑰，也就成了流式密碼，因而分組長度可以不全相等；

      B. IV是一個移位寄存器，並且每次加解密都需要使用；

      C. 類似CBC的鏈式結構；

      D. 加密函數加密，加密函數解密。

4）OFB(Output FeedBack)
      A. 很像CFB,只是使用密碼演算法的輸出作為下一個分組的輸入；
5) CTR

      A. 使用唯一的COUNTER，經過密碼演算法得到的輸出（流密鑰）與明文異或得到密文，CTR有CFB的類似性質；

      B. 不同於連結式的模式，該模式可以並存執行，因而效率很高；

      C. 加密函數加密，加密函數解密。

 --- 以上5種模式是NIST推薦的分組Cipher 模式，見[1] ---

6) CTS

7) LRW

      A. 名字很怪，是3個作者名字的合集；
      B. 需要2個key；具體過程參考[3]中圖。
8) PCBC

9) XTS

 

References:

[1]. NIST Special Publication 800-38A 2001 Edition

[2]. http://en.wikipedia.org/wiki/Block_cipher_modes_of_operation

[3]. Draft proposal for tweakable narrow-block encryption

--- 內容需要慢慢補充 ---