812密文区块链结模式.PPT

Chapter 8 運用現代對稱式金鑰加密法之加密技術 學習目標 介紹現代標準加密法如何用來加密長訊息，例如資料加密標 準（DES）或進階加密標準（AES）。 探討現代區塊加密法的五種運算模式。 闡明哪一種運算模式能於區塊加密法外創造串流加密法。 研討安全問題和不同運算模式的誤差增值。 討論即時資料處理的兩種串流加密法。 8.1 現代區塊加密法的應用 使用現代區塊加密法能完成對稱式金鑰加密。運算模式（mode of operation）就是設計用來加密任何大小的文字，而且會運用 DES 或 AES。 本節討論主題 電子編碼本模式 密文區塊鏈結模式 密文回饋模式 輸出回饋模式 計數器模式 圖8.1 運算模式 8.1.1 電子編碼本模式 最簡單的運算模式為電子編碼本模式（electronic codebook mode, ECB mode）。 圖 8.2 電子編碼本模式 範例8.1 因為加密和解密互為反向，可以證明 Alice 將每個明文區塊傳送給 Bob 後，能完全恢復原狀。 範例8.2 此模式之所以稱為電子編碼本，是因為能事先編譯 2K 的編碼本（每個金鑰一個），而每個編碼本的兩行內都有 2n 個登錄。每個登錄可以列出明文和其對應的密文區塊。然而，如果 K 和 n 太大，就很難事先編譯和維護編碼本。 範例8.3 假設 Eve 在一間公司上班，每個月只工作幾個小時（所以月薪非常低）。她知道這間 公司使用一些資料區塊儲存每名員工的資料，其中第七區塊是每月需存到該名員工帳戶的金額。Eve 能攔截月底傳送至銀行的密文，將正職員工的薪資資料區塊和她的薪資資料區塊調換後，Eve 每個月就能領到更多錢。 誤差增值 傳送時，單一位元的誤差會造成對應區塊幾個位元的誤差（通常為一半的位元或所有位元），但此誤差並不會影響其他區塊。 演算法 8.1 密文偷竊 有一種技術稱為密文偷竊（ciphertext stealing, CTS），能在不加入填塞的情況下使用電子編碼本模式。在此技術中，我們以不同的方式加密，並對調最後 兩個區塊之明文（亦即 PN?1 和 PN）的順序，如下所示，假設 PN?1 有 n 位元，而 PN 有 m 位元， 其中 m ≤ n。 P.212下 8.1.2 密文區塊鏈結模式 在此模式中，每個明文在加密前都與之前的密文區塊進行互斥或運算。 明文和密文區塊之間的關係如下： P.214上 圖 8.3 密文區塊鏈結模式 範例8.4 因為加密和解密互為反向，可以證明 Alice 將每個明文區塊傳送給 Bob 後，能完全恢復原狀。 誤差增值 在密文區塊鏈結模式中，若密文區塊 Cj 在傳送時有單一位元的誤差，則解密時可能導致大部分明文區塊 Pj 位元皆有誤差。 演算法 8.2 密文偷竊 電子編碼本模式的密文偷竊也能應用於密文區塊鏈結模式，如下所示： head 函數就和電子編碼本模式的 head 函數相同，而 pad 函數插入 0。 密文回饋模式 有些情況需要使用安全的加密法， 例如 DES 或 AES，但其明文或密文區塊太小。 圖 8.4 顯示密文回饋模式的加密；解密是相同的，但必須調換明文區塊（Pi）和密文區 塊（Ci）。加密和解密都是使用其區塊加密法（例如 DES 或 AES）的加密函數。 明文和密文區塊的關係如下： P.216中 圖 8.4 密文回饋模式的加密 圖 8.5 如同串流加密法的密文回饋模式 演算法 8.3 密文回饋模式的加密演算法 8.1.4 輸出回饋模式 輸出回饋模式（output feedback mode, OFB mode）和密文回饋模式很類似，唯一不同的地方是：密文中的每個位元不依賴之前的位元，這能避免誤差增值的發生。 圖 8.6 輸出回饋模式的加密 圖 8.7 如同串流加密法的輸出回饋模式 演算法 8.4 輸出回饋模式的加密演算法 8.1.5 計數器模式 在計數器模式（counter mode, CTR mode）中並無任何回饋，利用計數器能產生金鑰串流的虛擬亂數。 圖 8.8 計數器模式的加密 圖 8.9 如同串流加密法的計數器模式 演算法 8.5 計數器的加密演算法