分组密码的工作模式M-Read.PPT

密 码 学 （第六讲） 分组密码的应用技术 张焕国 武汉大学计算机学院 目 录 1、密码学的基本概念 2、古典密码 3、数据加密标准（DES） 4、高级数据加密标准（AES） 5、中国商用密码（SMS4） 6、分组密码的应用技术 7、序列密码 8、习题课：复习对称密码 9、公开密钥密码（1） 目 录 10、公开密钥密码（2） 11、数字签名（1） 12、数字签名（2） 13、HASH函数 14、认证 15、密钥管理 16、PKI技术 17、习题课：复习公钥密码 18、总复习/检查：综合实验 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。 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） 密文反馈链接模式（CBC） 密码反馈模式（CFB） 输出反馈模式（OFB） 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）， i=1 E（Mi ⊕Ci-1，K）, i=2,…,n 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） ②密文链接方式 加密：错误传播无界 解密时：错误传播有界