（轉）CBC模式和ECB模式解讀

一 什么是CBC模式

CBC模式的全稱是Cipher Block Chaining模式（密文分組鏈接模式），之所以叫這個名字，是因為密文分組像鏈條一樣相互連接在一起。

在CBC模式中，首先將明文分組與前一個密文分組進行XOR運算，然后再進行加密。

CBC模式加解密過程如下：

 

 

 

我們來比較一下ECB模式與CBC模式的區別

 

 

 ECB模式只進行了加密，而CBC模式則在加密之前進行了一次XOR。

二 初始化向量

當加密第一個明文分組時，由於不存在“前一個密文分組”，因此需要事先准備一個長度為一個分組的比特序列來代替“前一個密文分組”，這個比特序列稱為初始化向量（Initialization Vector），通常縮寫為IV，一般來說，每次加密時都會隨機產生一個不同的比特序列來作為初始化向量。

三 CBC模式的特點

明文分組在加密之前一定會與“前一個密文分組”進行XOR運算，因此即使明文分組1和明文分組2的值是相等的，密文分組1和2的值也不一定是相等的。這樣一來，ECB模式的缺陷在CBC模式中就不存在了。

加密過程：在CBC模式中，無法單獨對一個中間的明文分組進行加密。例如，如果要生成密文分組3，則至少需要湊齊明文分組1、2、3才行。

解密過程：假設CBC模式加密的密文分組中有一個分組損壞了。在這種情況下，只要密文分組的長度沒有發生變化，則解密時最多只有2個分組受到數據損壞的影響。見下圖：

 

 

 假設CBC模式的密文分組中有一些比特缺失了，那么此時即便只缺失1比特，也會導致密文分組的長度發生變化，此后的分組發生錯位，這樣一來，缺失比特的位置之后的密文分組也就全部無法解密。見下圖：

 

 

 四 對CBC模式的攻擊

假設主動攻擊者的目的是通過修改密文來操縱解密后的明文。如果攻擊者能夠對初始化向量中的任意比特進行反轉（將1變成0，將0變成1），則明文分組中相應的比特也會被反轉。這是因為在CBC模式的解密過程中，第一個明文分組會和初始化向量進行XOR運算。見下圖。

 

 

 但是想對密文分組也進行同樣的攻擊就非常困難了。例如，如果攻擊者將密文分組1中的某個比特進行反轉，則明文分組2中相應比特也會被反轉，然而這一比特的變化卻對解密后的明文分組1中的多個比特造成了影響，也就是說，只讓明文分1中所期望的特定比特發生變化是很困難的。

五 填充提示攻擊

填充提示攻擊是一種利用分組密碼中填充部分來進行攻擊的方法。在分組密碼中，當明文長度不為分組長度的整數倍時，需要在最后一個分組中填充一些數據使其湊滿一個分組長度。在填充提示攻擊中，攻擊者會反復發送一段密文，每次發送時都對填充數據進行少許改變。由於接收者（服務器）在無法正確解密時會返回一個錯誤消息，攻擊者通過這一錯誤消息就可以獲得一部分與明文相關的信息。這一攻擊並不僅限於CBC模式，而是適用所有需要進行分組填充的模式。

2014年對SSL3.0 造成了重大影響POODLE攻擊實際上就是一種填充示攻擊。

六 對初始化向量（IV）進行攻擊

初始化向量（IV）必須使用不可預測的隨機數。然而在SSL/TLS的TLS1.0版本協議中，IV並沒有使用不可預測的隨機數，而是使用上一次CBC模式加密時的最后一個分組。為了防御攻擊者對此進行攻擊，TLS1.1以上的版本中改為了必須顯示傳送IV。

七 CBC模式應用

確保互聯網安全的通信協議之一SSL/TLS，就是使用CBC模式來確保通信機密性的，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。
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