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cbc模式的des加解密实现

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目录 ECB和CBC模式的区别 ECB模式 CBC模式： AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB） ECB （Electronic Codebook Book电码本模式） CBC（Cipher Block Chaining 密码分组链接模式） C++源代码

目录

ECB和CBC模式的区别

ECB模式

CBC模式：

AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB）

ECB （Electronic Codebook Book电码本模式）

CBC（Cipher Block Chaining 密码分组链接模式）

C++源代码 

ECB和CBC模式的区别

ECB模式


 ECB（电子密本方式）其实非常简单，就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段段的8个字节的密文或者明文，最后一段不足8个字节（一般补0或者F），按照需求补足8个字节进行计算（并行计算），之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可，各段数据之间互不影响。

优点：

  1. 简单；
  2. 有利于并行计算；
  3. 误差不会被传递；

缺点：

  1. 不能隐藏明文的模式；
  2. 可能对明文进行主动攻击；

CBC模式：


优点：

  1. 不容易主动攻击，安全性好于ECB，是SSL、IPSec的标准；

缺点：

  1. 不利于并行计算；
  2. 误差传递；
  3. 需要初始化向量IV；

 CBC（密文分组链接方式）有点麻烦，它的实现机制使加密的各段数据之间有了联系。其实现的机理如下：
加密步骤如下：

  1. 首先将数据按照8个字节一组进行分组得到D1D2…Dn（若数据不是8的整数倍，用指定的PADDING数据补位）
  2. 第一组数据D1与初始化向量I异或后的结果进行DES加密得到第一组密文C1（初始化向量I为全零）
  3. 第二组数据D2与第一组的加密结果C1异或以后的结果进行DES加密，得到第二组密文C2
  4. 之后的数据以此类推，得到Cn
  5. 按顺序连为C1C2C3…Cn即为加密结果。


原文链接：https://blog.csdn.net/honeygirl_/article/details/90716328

AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB）

分组密码有五种工作体制：1.电码本模式（Electronic Codebook Book (ECB)）；2.密码分组链接模式（Cipher Block Chaining (CBC)）；3.计算器模式（Counter (CTR)）；4.密码反馈模式（Cipher FeedBack (CFB)）；5.输出反馈模式（Output FeedBack (OFB)）。

以下逐一介绍一下：

ECB （Electronic Codebook Book电码本模式）

    这种模式是将整个明文分成若干段相同的小段，然后对每一小段进行加密。

 

CBC（Cipher Block Chaining 密码分组链接模式）

    这种模式是先将明文切分成若干小段，然后每一小段与初始块（IV）或者上一段的密文段进行异或，再与密钥进行加密。

 

 初始化向量

    当加密第一个明文分组时，由于不存在“前一个密文分组”，因此需要事先准备一个长度为一个分组的比特序列来代替“前一个密文分组”，这个比特序列称为初始化向量（Initialization Vector），通常缩写为IV，一般来说，每次加密时都会随机产生一个不同的比特序列来作为初始化向量。

我们来比较一下ECB模式与CBC模式的区别

 

 ECB模式只进行了加密，而CBC模式则在加密之前进行了一次XOR。

3.计算器模式（Counter (CTR)）

        计算器模式不常见，在CTR模式中， 有一个自增的算子，这个算子用密钥加密之后的输出和明文异或的结果得到密文，相当于一次一密。这种加密方式简单快速，安全可靠，而且可以并行加密，但是在计算器不能维持很长的情况下，密钥只能使用一次。CTR的示意图如下所示：

 

 

4.密码反馈模式（Cipher FeedBack (CFB)）

    这种模式较复杂。

 12232528-c5c4946255a849379be143aaca8d1ecf.png

5.输出反馈模式（Output FeedBack (OFB)）

    这种模式较复杂。

C++源代码 

/**
*@autho stardust
*@time 2013-10-10
*@param 实现AES五种加密模式的测试
*/
#include <iostream>
using namespace std;

//加密编码过程函数,16位1和0
int dataLen = 16;   //需要加密数据的长度
int encLen = 4;     //加密分段的长度
int encTable[4] = {1,0,1,0};  //置换表
int data[16] = {1,0,0,1,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0}; //明文
int ciphertext[16]; //密文

//切片加密函数
void encode(int arr[])
{
    for(int i=0;i<encLen;i++)
    {
        arr[i] = arr[i] ^ encTable[i];
    }
}

//电码本模式加密，4位分段
void ECB(int arr[])
{
    //数据明文切片
    int a[4][4];
    int dataCount = 0;  //位置变量
    for(int k=0;k<4;k++)
    {
        for(int t=0;t<4;t++)
        {
            a[k][t] = data[dataCount];
            dataCount++;
        }
    }
    dataCount = 0;//重置位置变量
    for(int i=0;i<dataLen;i=i+encLen)
    {
        int r = i/encLen;//行
        int l = 0;//列
        int encQue[4]; //编码片段
        for(int j=0;j<encLen;j++)
        {
            encQue[j] = a[r][l];
            l++;
        }
        encode(encQue); //切片加密
        //添加到密文表中
        for(int p=0;p<encLen;p++)
        {
            ciphertext[dataCount] = encQue[p];
            dataCount++;
        }
    }
    cout<<"ECB加密的密文为："<<endl;
    for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
    {
        if(t1!=0 && t1%4==0)
            cout<<endl;
        cout<<ciphertext[t1]<<" ";
    }
    cout<<endl;
    cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}

//CBC
//密码分组链接模式，4位分段
void CCB(int arr[])
{
    //数据明文切片
    int a[4][4];
    int dataCount = 0;  //位置变量
    for(int k=0;k<4;k++)
    {
        for(int t=0;t<4;t++)
        {
            a[k][t] = data[dataCount];
            dataCount++;
        }
    }
    dataCount = 0;//重置位置变量

    int init[4] = {1,1,0,0};  //初始异或运算输入
    //初始异或运算
    for(int i=0;i<dataLen;i=i+encLen)
    {
        int r = i/encLen;//行
        int l = 0;//列
        int encQue[4]; //编码片段
        //初始化异或运算
        for(int k=0;k<encLen;k++)
        {
            a[r][k] = a[r][k] ^ init[k];
        }
         //与Key加密的单切片
        for(int j=0;j<encLen;j++)
        {
            encQue[j] = a[r][j];
        }
        encode(encQue); //切片加密
        //添加到密文表中
        for(int p=0;p<encLen;p++)
        {
            ciphertext[dataCount] = encQue[p];
            dataCount++;
        }
        //变换初始输入
        for(int t=0;t<encLen;t++)
        {
            init[t] = encQue[t];
        }
    }


    cout<<"CCB加密的密文为："<<endl;
    for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
    {
        if(t1!=0 && t1%4==0)
            cout<<endl;
        cout<<ciphertext[t1]<<" ";
    }
    cout<<endl;
    cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}

//CTR
//计算器模式，4位分段
void CTR(int arr[])
{
    //数据明文切片
    int a[4][4];
    int dataCount = 0;  //位置变量
    for(int k=0;k<4;k++)
    {
        for(int t=0;t<4;t++)
        {
            a[k][t] = data[dataCount];
            dataCount++;
        }
    }
    dataCount = 0;//重置位置变量

    int init[4][4] = {{1,0,0,0},{0,0,0,1},{0,0,1,0},{0,1,0,0}};  //算子表
    int l = 0; //明文切片表列
    //初始异或运算
    for(int i=0;i<dataLen;i=i+encLen)
    {
        int r = i/encLen;//行
        int encQue[4]; //编码片段
        //将算子切片
        for(int t=0;t<encLen;t++)
        {
            encQue[t] = init[r][t];
        }
        encode(encQue); //算子与key加密
        //最后的异或运算
        for(int k=0;k<encLen;k++)
        {
            encQue[k] = encQue[k] ^ a[l][k];
        }
        l++;

        //添加到密文表中
        for(int p=0;p<encLen;p++)
        {
            ciphertext[dataCount] = encQue[p];
            dataCount++;
        }
    }


    cout<<"CTR加密的密文为："<<endl;
    for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
    {
        if(t1!=0 && t1%4==0)
            cout<<endl;
        cout<<ciphertext[t1]<<" ";
    }
    cout<<endl;
    cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}

//CFB
//密码反馈模式，4位分段
void CFB(int arr[])
{
    //数据明文切片,切成2 * 8 片
    int a[8][2];
    int dataCount = 0;  //位置变量
    for(int k=0;k<8;k++)
    {
        for(int t=0;t<2;t++)
        {
            a[k][t] = data[dataCount];
            dataCount++;
        }
    }
    dataCount = 0;  //恢复初始化设置
    int lv[4] = {1,0,1,1};  //初始设置的位移变量
    int encQue[2]; //K的高两位
    int k[4]; //K

    for(int i=0;i<2 * encLen;i++) //外层加密循环
    {
        //产生K
        for(int vk=0;vk<encLen;vk++)
        {
            k[vk] = lv[vk];
        }
        encode(k);
        for(int k2=0;k2<2;k2++)
        {
            encQue[k2] = k[k2];
        }
        //K与数据明文异或产生密文
        for(int j=0;j<2;j++)
        {
            ciphertext[dataCount] = a[dataCount/2][j] ^ encQue[j];
            dataCount++;
        }
        //lv左移变换
        lv[0] = lv[2];
        lv[1] = lv[3];
        lv[2] = ciphertext[dataCount-2];
        lv[3] = ciphertext[dataCount-1];
    }

    cout<<"CFB加密的密文为："<<endl;
    for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
    {
        if(t1!=0 && t1%4==0)
            cout<<endl;
        cout<<ciphertext[t1]<<" ";
    }
    cout<<endl;
    cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}

//OFB
//输出反馈模式，4位分段
void OFB(int arr[])
{
    //数据明文切片,切成2 * 8 片
    int a[8][2];
    int dataCount = 0;  //位置变量
    for(int k=0;k<8;k++)
    {
        for(int t=0;t<2;t++)
        {
            a[k][t] = data[dataCount];
            dataCount++;
        }
    }
    dataCount = 0;  //恢复初始化设置
    int lv[4] = {1,0,1,1};  //初始设置的位移变量
    int encQue[2]; //K的高两位
    int k[4]; //K

    for(int i=0;i<2 * encLen;i++) //外层加密循环
    {
        //产生K
        for(int vk=0;vk<encLen;vk++)
        {
            k[vk] = lv[vk];
        }
        encode(k);
        for(int k2=0;k2<2;k2++)
        {
            encQue[k2] = k[k2];
        }
        //K与数据明文异或产生密文
        for(int j=0;j<2;j++)
        {
            ciphertext[dataCount] = a[dataCount/2][j] ^ encQue[j];
            dataCount++;
        }
        //lv左移变换
        lv[0] = lv[2];
        lv[1] = lv[3];
        lv[2] = encQue[0];
        lv[3] = encQue[1];
    }

    cout<<"CFB加密的密文为："<<endl;
    for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
    {
        if(t1!=0 && t1%4==0)
            cout<<endl;
        cout<<ciphertext[t1]<<" ";
    }
    cout<<endl;
    cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}


void printData()
{
    cout<<"以下示范AES五种加密模式的测试结果："<<endl;
    cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
    cout<<"明文为："<<endl;
    for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
    {
        if(t1!=0 && t1%4==0)
            cout<<endl;
        cout<<data[t1]<<" ";
    }
    cout<<endl;
    cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}
int main()
{
    printData();
    ECB(data);
    CCB(data);
    CTR(data);
    CFB(data);
    OFB(data);
    return 0;
}

原文：AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB） - 月之星狼 - 博客园

四 对CBC模式的攻击

假设主动攻击者的目的是通过修改密文来操纵解密后的明文。如果攻击者能够对初始化向量中的任意比特进行反转（将1变成0，将0变成1），则明文分组中相应的比特也会被反转。这是因为在CBC模式的解密过程中，第一个明文分组会和初始化向量进行XOR运算。见下图。

 

 但是想对密文分组也进行同样的攻击就非常困难了。例如，如果攻击者将密文分组1中的某个比特进行反转，则明文分组2中相应比特也会被反转，然而这一比特的变化却对解密后的明文分组1中的多个比特造成了影响，也就是说，只让明文分1中所期望的特定比特发生变化是很困难的。

五 填充提示攻击

填充提示攻击是一种利用分组密码中填充部分来进行攻击的方法。在分组密码中，当明文长度不为分组长度的整数倍时，需要在最后一个分组中填充一些数据使其凑满一个分组长度。在填充提示攻击中，攻击者会反复发送一段密文，每次发送时都对填充数据进行少许改变。由于接收者（服务器）在无法正确解密时会返回一个错误消息，攻击者通过这一错误消息就可以获得一部分与明文相关的信息。这一攻击并不仅限于CBC模式，而是适用所有需要进行分组填充的模式。

2014年对SSL3.0 造成了重大影响POODLE攻击实际上就是一种填充示攻击。

六 对初始化向量（IV）进行攻击

初始化向量（IV）必须使用不可预测的随机数。然而在SSL/TLS的TLS1.0版本协议中，IV并没有使用不可预测的随机数，而是使用上一次CBC模式加密时的最后一个分组。为了防御攻击者对此进行攻击，TLS1.1以上的版本中改为了必须显示传送IV。

七 CBC模式应用

确保互联网安全的通信协议之一SSL/TLS，就是使用CBC模式来确保通信机密性的，如使用CBC模式三重DES的3DES_EDE_CBC以及CBC模式256比特AES的AES_256_CBC等。

知秋君
知秋君

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