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Java對(duì)稱加密工作模式原理詳解

更新時(shí)間：2020年02月13日 12:17:01 作者：Ivy_Xu

這篇文章主要介紹了Java對(duì)稱加密工作模式原理詳解,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

對(duì)稱加密又分為分組加密和序列密碼。

分組密碼，也叫塊加密(block cyphers)，一次加密明文中的一個(gè)塊。是將明文按一定的位長分組，明文組經(jīng)過加密運(yùn)算得到密文組，密文組經(jīng)過解密運(yùn)算（加密運(yùn)算的逆運(yùn)算），還原成明文組。

序列密碼，也叫流加密(stream cyphers)，一次加密明文中的一個(gè)位。是指利用少量的密鑰（制亂元素）通過某種復(fù)雜的運(yùn)算（密碼算法）產(chǎn)生大量的偽隨機(jī)位流，用于對(duì)明文位流的加密。

解密是指用同樣的密鑰和密碼算法及與加密相同的偽隨機(jī)位流，用以還原明文位流。

分組加密算法中，有ECB,CBC,CFB,OFB這幾種算法模式。

1)ECB(Electronic Code Book)/電碼本模式

ECB（電子密本方式）其實(shí)非常簡(jiǎn)單，就是將數(shù)據(jù)按照8/16節(jié)一段進(jìn)行加密或解密得到一段8/16個(gè)字節(jié)的密文或者明文，最后一段不足8/16個(gè)字節(jié)，按照需求補(bǔ)足8/16個(gè)字節(jié)進(jìn)行計(jì)算，之后按照順序?qū)⒂?jì)算所得的數(shù)據(jù)連在一起即可，各段數(shù)據(jù)之間互不影響。

優(yōu)點(diǎn)：

1.簡(jiǎn)單，有利于并行計(jì)算，誤差不會(huì)被傳送

缺點(diǎn)：

1.不能隱藏明文的模式

2.可能對(duì)明文進(jìn)行主動(dòng)攻擊

2)CBC(Cipher Block Chaining)/密文分組鏈接方式

CBC（密文分組鏈接方式）的實(shí)現(xiàn)機(jī)制使加密的各段數(shù)據(jù)之間有了聯(lián)系。其實(shí)現(xiàn)的機(jī)理如下：

加密步驟如下：

1）首先將數(shù)據(jù)按照8/16個(gè)字節(jié)一組進(jìn)行分組得到D1D2......Dn（若數(shù)據(jù)不是8的整數(shù)倍，用指定的PADDING數(shù)據(jù)補(bǔ)位）

2）第一組數(shù)據(jù)D1與初始化向量I異或后的結(jié)果進(jìn)行加密得到第一組密文C1

3）第二組數(shù)據(jù)D2與第一組的加密結(jié)果C1異或以后的結(jié)果進(jìn)行加密，得到第二組密文C2

4）之后的數(shù)據(jù)以此類推，得到Cn

5）按順序連為C1C2C3......Cn即為加密結(jié)果。

解密是加密的逆過程，步驟如下：

1）首先將數(shù)據(jù)按照8/16個(gè)字節(jié)一組進(jìn)行分組得到C1C2C3......Cn

2）將第一組數(shù)據(jù)進(jìn)行解密后與初始化向量I進(jìn)行異或得到第一組明文D1（注意：一定是先解密再異或）

3）將第二組數(shù)據(jù)C2進(jìn)行解密后與第一組密文數(shù)據(jù)進(jìn)行異或得到第二組數(shù)據(jù)D2

4）之后依此類推，得到Dn

5）按順序連為D1D2D3......Dn即為解密結(jié)果。

這里注意一點(diǎn)，解密的結(jié)果并不一定是我們?cè)瓉淼募用軘?shù)據(jù)，可能還含有你補(bǔ)得位，一定要把補(bǔ)位去掉才是你的原來的數(shù)據(jù)。

優(yōu)點(diǎn)：

1. 不容易主動(dòng)攻擊,安全性好于ECB,適合傳輸長度長的報(bào)文,是SSL、IPSec的標(biāo)準(zhǔn)

缺點(diǎn)：

1. 發(fā)送方和接收方都需要知道初始化向量 IV
2.加密過程是串行的，無法被并行化(在解密時(shí)，從兩個(gè)鄰接的密文塊中即可得到一個(gè)平文塊。因此，解密過程可以被并行化)

3.誤差傳遞

3)Cipher Feedback (CFB)/密文反饋模式

密文反饋（CFB，Cipher feedback）模式類似于CBC，可以將塊密碼變?yōu)樽酝降牧髅艽a；工作過程亦非常相似，CFB的解密過程幾乎就是顛倒的CBC的加密過程：

需要使用一個(gè)與塊的大小相同的移位寄存器，并用IV將寄存器初始化。然后，將寄存器內(nèi)容使用塊密碼加密，然后將結(jié)果的最高x位與平文的x進(jìn)行異或，以產(chǎn)生密文的x位。下一步將生成的x位密文移入寄存器中，并對(duì)下面的x位平文重復(fù)這一過程。解密過程與加密過程相似，以IV開始，對(duì)寄存器加密，將結(jié)果的高x與密文異或，產(chǎn)生x位平文，再將密文的下面x位移入寄存器。

與CBC相似，平文的改變會(huì)影響接下來所有的密文，因此加密過程不能并行化；而同樣的，與CBC類似，解密過程是可以并行化的。

優(yōu)點(diǎn)：

1.隱藏了明文模式

2.分組密碼轉(zhuǎn)化為流模式

3.可以及時(shí)加密傳送小于分組的數(shù)據(jù)

缺點(diǎn):

1.不利于并行計(jì)算

2.誤差傳送：一個(gè)明文單元損壞影響多個(gè)單元

3.唯一的IV

4)Output Feedback (OFB)/輸出反饋模式

輸出反饋模式（Output feedback, OFB）可以將塊密碼變成同步的流密碼。它產(chǎn)生密鑰流的塊，然后將其與平文塊進(jìn)行異或，得到密文。與其它流密碼一樣，密文中一個(gè)位的翻轉(zhuǎn)會(huì)使平文中同樣位置的位也產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。這種特性使得許多錯(cuò)誤校正碼，例如奇偶校驗(yàn)位，即使在加密前計(jì)算而在加密后進(jìn)行校驗(yàn)也可以得出正確結(jié)果。

每個(gè)使用OFB的輸出塊與其前面所有的輸出塊相關(guān)，因此不能并行化處理。然而，由于平文和密文只在最終的異或過程中使用，因此可以事先對(duì)IV進(jìn)行加密，最后并行的將平文或密文進(jìn)行并行的異或處理。

可以利用輸入全0的CBC模式產(chǎn)生OFB模式的密鑰流。這種方法十分實(shí)用，因?yàn)榭梢岳每焖俚腃BC硬件實(shí)現(xiàn)來加速OFB模式的加密過程。