标题：对称块加密算法加密模式详解
作者：DragonKing
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在openssl或其他密码相关的资料中，我们经常看到对称加密算法有ECB、CBC之类加密模式的简称，到底这些加密模式是什么呢？它们之间有什么不同呢，今天就是为大家解开这个迷。
在现有的对称加密算法中，主要有4种加密处理模式，这4种加密处理模式一般是针对块加密算法而言的，如DES算法。这4种加密模式罗列如下：
模式中文描述 英文名称（Openssl缩写）
电子密码本模式 Electronic Code Book(ECB)
加密块链模式 Cipher Block Chaining(CBC)
加密反馈模式 Cipher Feedback Mode(CFB)
输出反馈模式 Output Feedback Mode(OFB)
下面我们分别介绍这4种加密模式。
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[color=#FF0000]【电子密码本模式】[/color]
这种模式是最早采用和最简单的模式，它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进行加密。比如DES算法，一个64位的密钥，如果采用该模式加密，就是将要加密的数据分成每组64位的数据，如果最后一组不够64位，那么就补齐为64位,然后每组数据都采用DES算法的64位密钥进行加密。下图：
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My name |is Drago|nKing
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上图“My name is DragonKing”这句话每8个字符(64位)作为一块，然后使用一个相同的64位的密钥对每个块进行加密，最后一块不足64位，就补齐后再进行加密。
可以看到，因为ECB方式每64位使用的密钥都是相同的，所以非常容易获得密文进行密码破解，此外，因为每64位是相互独立的，有时候甚至不用破解密码，只要简单的将其中一块替换就可以达到黑客目的。
[color=#FF0000]【加密块链模式】[/color]
从这两个图中大家可以看到，CBC模式的加密首先也是将明文分成固定长度（64位）的块（P0，P1…），然后将前面一个加密块输出的密文与下一个要加密的明文块进行XOR（异或）操作计算，将计算结果再用密钥进行加密得到密文。第一明文块加密的时候，因为前面没有加密的密文，所以需要一个初始化向量（IV）。跟ECB方式不一样，通过连接关系，使得密文跟明文不再是一一对应的关系，破解起来更困难，而且克服了只要简单调换密文块可能达到目的的攻击。
但是该加密模式的缺点是不能实时解密，也就是说，必须等到每8个字节都接受到之后才能开始加密，否则就不能得到正确的结果。这在要求实时性比较高的时候就显得不合适了。所以才有了下面两种加密模式。
[color=#FF0000]【加密反馈模式】[/color]
加密反馈模式为了克服必须等待8个字节全部得到才能进行解密的缺点，采用了一个64位（8个字节）的位移寄存器来获得密文，如下图所示：
上面两个图中C2、C3以及P10等都是一个字节（8位）的数据，所以能够实现字符的实时加密和解密，不用再等到8个字节都接受到之后再进行解密。图示是在进行第10个字节数据的加密和解密过程，在该过程中，先从移位寄存器取8个字节的数据（C2到C9）用密钥进行加密，然后取加密数据最左边的一个字节跟输入的明文P10进行XOR（异或）操作，得到的值作为输出密文C10，同时将C10送入到移位寄存器中。
需要注意的是，如果其中有一个字节的密文在传输的时候发生错误（即使是其中的一位），那么它出现在移位寄存器期间解密的8个字节的数据都会得不到正确的解密结果，当然，这8个字节过去之后，依然可以得到正确的解密结果。但是一个比特错误就影响到8个字节（64个比特）的正确结果，导致鲁棒性太差，所以就又提出了下面的加密模式OFB。
[color=#FF0000]【输出反馈模式】[/color]
输出反馈模式OFB跟CFB几乎是一样的，除了其以为寄存器的输入数据稍微有一点不同之外，如下图：
可以看到，这种方法因为没有采用密文作为加密的数据，所以克服了由于传输过程中由于单个比特导致64个相关比特解密失败的情况，在本模式下，如果一个比特发生错误了，那么只会影响其本身对应的一个比特，而不会影响别的。但是相对于其它模式，因为数据之间相关性小，这种加密模式是比较不安全的，所以在应用的时候除非特别需要，一般不提倡应用OFB模式。
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其他的一些补充：
■ 缩写说明 ■
IN － 输入向量
OUT － 输出向量（未用于和明文加密前）
ENC － 加密算法
K － 加密密钥
P － 明文
C － 密文
XOR － 异或
<< － 左移
BSIZE － 算法的加密块尺寸
COUNT － 计数器
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计数器（CTR）模式： IN(N) = ENC(K, COUNT++), C(N) = IN(N) XOR P(N)；CTR 模式被广泛用于 ATM 网络安全和 IPSec应用中，相对于其它模式而言，CRT模式具有如下特点：
■ 硬件效率：允许同时处理多块明文 / 密文。
■ 软件效率：允许并行计算，可以很好地利用 CPU 流水等并行技术。
■ 预处理： 算法和加密盒的输出不依靠明文和密文的输入，因此如果有足够的保证安全的存储器，加密算法将仅仅是一系列异或运算，这将极大地提高吞吐量。
■ 随机访问：第 i 块密文的解密不依赖于第 i-1 块密文，提供很高的随机访问能力
■ 可证明的安全性：能够证明 CTR 至少和其他模式一样安全（CBC, CFB, OFB, …）
■ 简单性：与其它模式不同，CTR模式仅要求实现加密算法，但不要求实现解密算法。对于 AES 等加/解密本质上不同的算法来说，这种简化是巨大的。
■ 无填充，可以高效地作为流式加密使用。
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密文块链接（CBC）模式：IN(N) = P(N) XOR C(N-1), C(N) = ENC(K, IN(N))；在 CTR出现前广泛使用的块加密模式，用于安全的分组（迭代式）加密和认证。
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密文反馈 （CFB） 模式： IN(N) = C(N-1) << (BSIZE-j), C(N) = ENC(K, IN(N)) << (BSIZE-j) XOR P(N). 其中 j 为每次加密的位数。CFB 模式与 CBC 模式原理相似，但一次仅处理 j 位数据，其余 BLOCKSIZE - j 位丢弃。由于以上性质，CFB 模式可以在不损失安全性的前提下，将块加密变为流式加密。但是该模式也是比较浪费的，因为在每轮加解密中都丢弃了大部分结果（j 通常为一字节（8 位），块加密算法中每块的尺寸通常为64、128 或 256 位不等）。
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输出反馈 （OFB） 模式：IN(N) = OUT(N-1) << (BSIZE-j), C(N) = ENC(K, IN(N)) << (BSIZE-j) XOR P(N), OUT(N) = ENC(K, IN(N)) << (BSIZE-j). 该模式与 CFB 模式基本相同，只不过本次输入是上次迭代中尚未与明文异或时的输出。 与 CFB 模式一样， OFB 模式也可以作为流加密模式使用，除此之外，由于每次迭代的输入不是上次迭代的密文，从而保证了较强的容错能力， 即： 对一块（一字节）密文的传输错误不会影响到后继密文。但是，由于输入没有经过密文叠加使得其抗篡改攻击的能力较差，通常需要与消息验
证算法或数字签名算法配套使用。OFB 通常用于噪音水平较高的通信连接以及一般的流式应用中。
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电码本（ECB）模式： IN(N) = P(N), C(N) = ENC(K, IN(N)). 最简单但最不安全的加密方式。每次迭代的输入都使用相同密钥进行无变换的直接加密。对于同样的明文片断，总会产生相同的，与之对应的密文段。抗重复统计和结构化分析的能力较差。一次性加密的最坏情况 （即：每次输入的明文都小于等于 BSIZE 时） 就是电码本模式。 仅在一次一密，或传出极少数据时考虑使用 ECB 模式。
太强大了 ··