Wayne
井底的蛙--一直仰望着天空
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互联网的软件设计一定少不了加密算法,并且大量使用的都会是对称加密,比较常见的对称加密有:DES、3DES、RC4、AES等等;

加密算法都有几个共同的要点:

  1. 密钥长度;(关系到密钥的强度)
  2. 加密模式;(ecb、cbc等等)
  3. 块加密算法里的填充方式区分;

对于加密模式,很多同学还不清楚,比如DES,也会有ECB、CBC等不同的区分,它们都是标准的;

      Windows加密库中,默认则是CBC模式,也可以手工设置;

       Openssl库要更明显一点,它的函数名里面就写明了,比如:DES_ncbc_encrypt,一看就知道是cbc模式;

       JAVA里面也比较清楚:Cipher c = Cipher.getInstance(”DES/CBC/PKCS5Padding”); 也可以看到是CBC模式

各种加密模式有什么不同呢:(为了方便,这里的加密key都取64位)

电子密码本模式ECB:

最古老,最简单的模式,将加密的数据分成若干组,每组的大小跟加密密钥长度相同

然后每组都用相同的密钥加密, 比如DES算法, 如果最后一个分组长度不够64位,要补齐64位;

定义:

          Enc(X,Y)是加密函数

          Dec(X,Y)是解密函数

          Key是加密密钥;

          Pi ( i = 0,1…n)是明文块,大小为64bit;

          Ci ( i = 0,1…n)是密文块,大小为64bit;

ECB加密算法可表示为:

           Ci = Enc(Key, Pi)

ECB解密算法可以表示为:

          Pi = Dec(Key,Ci)

     算法 特点:

  • 每次Key、明文、密文的长度都必须是64位;
  • 数据块重复排序不需要检测;
  • 相同的明文块(使用相同的密钥)产生相同的密文块,容易遭受字典攻击
  • 一个错误仅仅会对一个密文块产生影响;

加密块链模式CBC:

     与ECB模式最大的不同是加入了初始向量

     定义:

           Enc(X,Y)是加密函数

           Dec(X,Y)是解密函数

           Key是加密密钥;

           Pi ( i = 0,1…n)是明文块,大小为64bit;

           Ci ( i = 0,1…n)是密文块,大小为64bit;

           XOR(X,Y)是异或运算;

           IV是初始向量(一般为64位);

    ECB加密算法可表示为:

          C0 = Enc(Key, XOR(IV, P0)

            Ci = Enc(Key, XOR(Ci-1, Pi)

    ECB解密算法可以表示为:

           P0 = XOR(IV, Dec(Key, C0))

            Pi = XOR(Ci-1, Dec(Key,Ci))

算法特点:

  • 每次加密的密文长度为64位(8个字节);
  • 当相同的明文使用相同的密钥和初始向量的时候CBC模式总是产生相同的密文;
  • 密文块要依赖以前的操作结果,所以,密文块不能进行重新排列;
  • 可以使用不同的初始化向量来避免相同的明文产生相同的密文,一定程度上抵抗字典攻击;
  • 一个错误发生以后,当前和以后的密文都会被影响;

加密反馈模式CFB:

加密反馈模式克服了需要等待8个字节才能加密的缺点,它采用了分组密码作为流密码的密钥流生成器;

     定义:

           Enc(X,Y)是加密函数

           Dec(X,Y)是解密函数

          Key是加密密钥;

           Pi ( i = 0,1…n)是明文块,大小为64bit;

           Ci ( i = 0,1…n)是密文块,大小为64bit;

            Si ( i = 0,1…n),大小为8bit,n个连续的Si组成加密位移寄存器,一般n=8;

           Oi = Enc(Key, Si);

           Lef(x) 为取数据x的最左8个bit位;

           A(x,y)为合并x左移8位,空位用y填充

     CFB加密算法可表示为:

           S0 = IV;

           Oi = Enc(Key, Si);

            Ci = XOR( Ci, Lef(Oi));

           Si = A(Si-1, Ci);

     CFB解密算法可表示为:

           S0 = IV;

           Oi = Enc(Key, Si);

           Ci = XOR( Ci, Lef(Oi));

           Si = A(Si-1, Ci);

     图示:

        

    特点:

  • 每次加密的Pi和Ci不大于64位;
  • 加密算法和解密算法相同,不能适用于公钥算法;
  • 使用相同的密钥和初始向量的时候,相同明文使用CFB模式加密输出相同的密文;
  • 可以使用不同的初始化变量使相同的明文产生不同的密文,防止字典攻击;
  • 加密强度依赖于密钥长度;
  • 加密块长度过小时,会增加循环的数量,导致开销增加;
  • 加密块长度应时8位的整数倍(即字节为单位);
  • 一旦某位数据出错,会影响目前和其后8个块的数据;

输出反馈模式OFB:

与CFB模式不同之处在于, 加密位移寄存器与密文无关了,仅与加密key和加密算法有关;

做法是不再把密文输入到加密移位寄存器,而是把输出的分组密文(Oi)输入到一位寄存器;

     定义:

           Enc(X,Y)是加密函数

           Dec(X,Y)是解密函数

           Key是加密密钥;

           Pi ( i = 0,1…n)是明文块,大小为64bit;

           Ci ( i = 0,1…n)是密文块,大小为64bit;

           Si ( i = 0,1…n),大小为8bit,n个连续的Si组成加密位移寄存器,一般n=8;

           Oi = Enc(Key, Si);

           Lef(x) 为取数据x的最左8个bit位;

           A(x,y)为合并x左移8位,空位用y填充

    CFB加密算法可表示为:

           S0 = IV;

           Oi = Enc(Key, Si);

           Ci = XOR( Ci, Lef(Oi));

           Si = A(Si-1, Oi);          注意这里与CFB模式的不同

    CFB解密算法可表示为:

           S0 = IV;

           Oi = Enc(Key, Si);

           Ci = XOR( Ci, Lef(Oi));

           Si = A(Si-1, Oi);

    特点:

  • 与CFB类似,以下都是不同之处;
  • 因为密文没有参与链操作,所以使得OFB模式更容易受到攻击
  • 不会进行错误传播,某位密文发生错误,只会影响该位对应的明文,而不会影响别的位;
  • 不是自同步的,如果加密和解密两个操作失去同步,那么系统需要重新初始化;
  • 每次重新同步时,应使用不同的初始向量。可以避免产生相同的比特流,避免”已知明文”攻击 ;

Windows API进行加密参数设置:

     CryptGetKeyParam可以对HCRYPTKEY对象的各种参数进行查询,包括加密模式、padding方式等;但这个函数不能用于查询加密key的明文;

     但如果需要看到真正加密的key是什么,则需要另外的API:CryptExportKey,选择PLAINTEXTKEYBLOB方式进行导出可以得到key的明文;

使用加密要注意的地方:

    当两个封装好的加密算法对8byte数据进行DES加密时,如果加密出来的结果是一样的,千万不要认为这两个算法可以互换

     因为ECB模式,和向量全为0的CBC模式得到的密文前8byte,确实是一样,但后面的密文就不一样了;

使用加密以前确定你理解了它;

互联网程序中加密模式的使用:

     ECB是不推荐的方式,Key相同时,相同的明文在不同的时候产生相同的明文,容易遭到字典攻击;

     CBC由于加入了向量参数,一定程度上抵御了字典工具,但缺点也随之而来,一旦中间一个数据出错或丢失,后面的数据将受到影响;

     CFB与CBC类似,好处是明文和密文不用是8bit的整数倍,中间一个数据出错,只影响后面的几个块的数据;

     OFB比CFB方式,一旦一个数据出错,不会影响后面的数据,但安全性降低;

     因此,推荐使用CFB方式,但每个数据包单独加密,否则一个数据包丢失,需要做很多容错处理;

     当然,具体问题也要具体分析,对于只需要”特定安全性”①,不需要”计算安全性”以上的软件,也可以使用ECB模式;


posted on 2011-05-23 22:04 waynewan 阅读(21911) 评论(0)  编辑  收藏

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