區塊加密的工作模式

1.當message size大於或小於加密的block size時，我們通常會將其切割:

• 比如在AES的情形下，容許一次加密的明文為128bits，那我們必須先把加密文件切割成若干個128 bits 才能進行加密處理。

2.為什麼我們需要引入各種加密型式

• 將加密算法配合至各種需要（如上述第一個情形），同時也能增加密文的強度

3.ㄧ些常見的塊密碼工作模式

• ECB : Electric Codebook

• Let Plain text to P1,P2,P3,...Pn
• Let Cipher text  to C1,C2,C3,...Cn
• 把明文分成若干的block，各自加密，或將密文分成若干的block，各自解密
• 弱點：重複的block + 重複的Key → 重複的密文，面對頻率分析相當危險
• 比如加密星期二寄出的Email，Tuesday重複被加密成同樣的密文
• 重複觀察就知道，這都是禮拜二寄出的，可以借此解出金鑰

• CBC：Cipher Block Chaining

• 一樣把明文分成若干塊
• 把目前明文跟前份密文做Xor，之後再將完成Xor的明文送入加密演算法
• 第一份明文需要一個初始向量(Initial Vector)做Xor
• 限制：
• Bit Flipping Attack
• 因為傳送中有一點缺失，密文將大量改變 -> DoS
• 需要一個IV，要讓sender and receiver 知道且不可重複

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上述模式在明文被分割成若干區塊前不可執行，需要補綴處理至區塊大小
接下來的模型將明文當作位元流，可以對即時的資料進行加密

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• CFB：

• 將明文視為位元流
• 首先將明文切割為兩部分b-s與s
• 將明文加密，捨棄b-s的明文，將s部分的密文與前一部份的s明文Xor得密文C
• 把新明文左移s位，插入C至新明文

• 限制：
• 會有延遲，無法併行處理資料
• 跟CBC mode一樣，錯誤容易擴散
• 那麼，有偵測錯的方法嗎？
• 可以加入除錯碼，可以及時發現錯誤，但要犧牲一個bit
• PCBC mode

• OFB：

• 同樣的，把明文作為位元流
•  一開始加密一個初始向量
• 將加密後的初始向量分別傳到：
• 1.第二個block
• 2.與P1做Xor -> 得密文C1

• 再來對先前傳至第二個block的IV做加密，完成後分別傳到第3個block ......
• 優點：
• 不依賴產生出的P1或C1， 所以不產生時間延遲
• 錯誤不會擴散

• CTR (Counter):

• 加密方法：將Counter i 加密，與Pi進行Xor得到密文Ci，持續進行直到完全加密
• 解密方法：將Counter i 加密，與Ci進行Xor得到明文Pi，持續進行直到完全解密
• 每進行一次運算，便會將Counter++，所以稱為計數器模式
• Counter 不應該被重複使用，避免相同明文出現相同密文
• 類似於ECB的觀念，但放入加密器的是會變動Counter，而且Counter總是128位，所以可以視作密鑰流處理

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• 確保資料的正確性
• message authentication
• CBC - Residue, or CMAC , NMAC
• HMAC
• 核心觀念：建立一個除錯碼以及演算出除錯碼的方式，由傳送方跟接收方約定而成，接收方在獲得密文後再進行驗證。