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:
1.电码本模式(Electronic Codebook Book (ECB)
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。
![](https://images0.cnblogs.com/blog/480062/201310/12232452-d3e3ba87a6b24b49b6f57d41b341ea96.png)
2.密码分组链接模式(Cipher Block Chaining (CBC))
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或者上一段的密文段进行异或运算后,再与密钥进行加密。
![](https://images0.cnblogs.com/blog/480062/201310/12232506-27faefa42fde42d28bef168b20736a61.png)
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:
![](https://images0.cnblogs.com/blog/480062/201310/12232517-b33f83764ff249d9b1d8bb236baa20e0.png)
4.密码反馈模式(Cipher FeedBack (CFB))
这种模式较复杂。
![](https://images0.cnblogs.com/blog/480062/201310/12232528-c5c4946255a849379be143aaca8d1ecf.png)
5.输出反馈模式(Output FeedBack (OFB))
这种模式较复杂。
![](https://images0.cnblogs.com/blog/480062/201310/12232542-349b69872d274aa797cee9ef848a550e.png)
以下附上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;
}