数据加密技术(大数据加密).ppt

密 码 学 分组密码运行模式-大数据加密 一、计算机数据的特殊性 1、存在明显的数据模式： 许多数据都具有某种固有的模式。这主要是由数据冗余和数据结构引起的。 各种计算机语言的语句和指令都十分有限，因而在程序中便表现为少量的语句和指令的大量重复。 各种语言程序往往具有某种固定格式。 数据库的记录也往往具有某种固定结构。 操作系统和网络也有同样的问题。 一、计算机数据的特殊性 1、存在明显的数据模式： 根据明文相同、密钥相同，则密文相同的道理，这些固有的数据模式将在密文中表现出来。 掩盖明文数据模式的方法： 预处理技术(随机掩盖) 链接技术 如果不能掩盖数据模式，既使采用安全的密码算法也是徒劳的。 一、计算机数据的特殊性 数据的特殊性带来的需求： 分组固定而待加密的数据量是不定的。 即使有了安全的分组密码算法，也需要采用适当的工作模式来隐蔽明文的统计特性、数据的格式等，以提高整体的安全性，降低删除、重放、插入、和伪造成功的机会。 不仅要保持各分组的完整性，还有保持各分组的次序不变。 二、分组密码的工作模式 1977年DES颁布。1981年美国针对DES的应用制定了四种基本工作模式： 电码本模式（ECB） 每个明文组独立地以同一密钥加密，单个数据加密。 密文反馈链接模式（CBC） 将前一组密文与当前明文组逐步异或后再进行分组、加密，用途：加密、认证。 二、分组密码的工作模式 密码反馈模式（CFB） 每次只处理k位数据，将上一次的密文反馈到输入端，从加密器的输出取k位，与当前的k位明文逐位异或，产生相应密文；用途：一般传送数据的流加密，认证 输出反馈模式（OFB） 类似于CFB，以加密器输出的k位随机数字直接反馈到加密器的输入，用途：对有扰信道传送的数据流进行加密（如卫星数传） 二、分组密码的工作模式 2000年美国在征集AES的同时又公开征集AES的工作模式。共征集到 15个候选工作模式。 新的工作模式标准还在评审中。 这些新的工作模式将为AES的应用作出贡献。 二、分组密码的工作模式 1、电码本模式（ECB） 直接利用分组密码对明文的各分组进行加密。 设 明文M=（M1 ，M2 ，…，Mn ）, 密钥为K， 密文C＝ ( C1 ，C2 ，…，Cn ), 其中 Ci ＝E（Mi，K）, i=1,2,…,n 电码本方式是分组密码的基本工作模式。 缺点：可能出现短块，这时需要特殊处理。 缺点：暴露明文的数据模式。 应用：适合加密密钥等短数据 二、分组密码的工作模式 2、密文反馈链接模式（CBC） ①明密文链接方式（Plaintext and Ciphertext Block Chaining） 设 明文 M=（M1 ，M2 ，…，Mn ）, 密钥为K， 密文 C = ( C1 ，C2 ，…，Cn ), 其中 E（Mi ⊕Z ，K）， i=1 E（Mi ⊕Mi-1 ⊕Ci-1，K）, i=2,…,n Z为初始化向量。 二、分组密码的工作模式 2、密文反馈链接模式（CBC） ①明密文链接方式 即使Mi ＝Mj ，但因一般都有Mi-1 ⊕Ci-1 ≠Mj-1 ⊕Cj-1 ，从而使Ci ≠Cj ，从而掩盖了明文中的数据模式。 加密时，当Mi 或Ci 中发生一位错误时，自此以后的密文全都发生错误。这种现象称为错误传播无界。 解密时也是错误传播无界。 二、分组密码的工作模式 2、密文反馈链接模式（CBC） ①明密文链接方式 错误传播无界的缺点：当磁盘发生一点损坏时将导致整个文件无法解密。 错误传播无界的优点：可用于数据完整性、真实性认证。 二、分组密码的工作模式 二、分组密码的工作模式 2、密文反馈链接模式（CBC） 明密文链接方式具有加解密错误传播无界的特性，而磁盘文件加密和通信加密通常希望解密错误传播有界，这时可采用密文链接方式。 ②密文链接方式（ Ciphertext Block Chaining） 设 明文 M=（M1 ，M2 ，…，Mn ）, 密钥为K， 密文 C = ( C1 ，C2 ，…，Cn ), 其中 E（ Mi ⊕ Z ，K），