分组密码的5种工作模式
分组密码的5种工作模式分别是：
- 电码本(ECB)模式
- 密码分组链接(CBC)模式
- 密码反馈(CFB)模式
- 输出反馈(OFB)模式
- 计数器(CTR)模式
分组密码算法：只能加密固定长度的明文，DES可以对一个64比特的明文分组进行加密，AES可以对一个128比特的明文分组进行加密。
分组密码的工作模式：使用分组密码算法（如DES、AES等），对任意长度的明文进行加密的密码方案。
电码本 (ECB) 模式
ECB模式是将明文的各个分组独立地使用同一密钥k加密。由于这种工作模式类似于电报密码本中指定码字的过程，所以被形象地称为电码本模式。
ECB模式的优、缺点及应用
优点：(1) 实现简单；(2) 不同明文分组的加密可并行实施，尤其是硬件实现时速度很快。
缺点：不同的明文分组之间的加密独立进行，故保留了单表代替缺点，造成相同明文分组对应相同密文分组，因而不能隐蔽明文分组的统计规律和结构规律，不能抵抗替换攻击。
典型应用：（1）用于随机数的加密保护；（2）用于单分组明文的加密。
ECB模式不能隐蔽明文分组的数据格式。
ECB容易受到替换攻击
例：假设分组长度为128比特，对于某银行，有转账请求“从A-5374账户向B-6671账户转账1亿元”，明文用16进制表示为：
- 明文分组1=41 2D 35 33 37 34 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20（付款人：A-5374）
- 明文分组2=42 2D 36 36 37 31 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20（收款人：B-6671）
- 明文分组3=31 30 30 30 30 30 30 30 30 20 20 20 20 20 20 20（转帐金额: 100000000）
下面我们用ECB模式进行加密，从加密后的数据看不出明文分组的内容。
- 密文分组1=59 7D DE CC EF EC BA 9B BF 83 99 CF 60 D2 59 B9（付款人：????）
- 密文分组2=DF 49 2A 1C 14 8E 18 B6 53 1F 38 BD 5A A9 D7 D7（收款人：????）
- 密文分组3=CD AF D5 9E 39 FE FD 6D 64 8B CC CB 52 56 8D 79（转帐金额：????）
接下来，攻击者将密文分组1和2的内容对调：
- 密文分组1=DF 49 2A 1C 14 8E 18 B6 53 1F 38 BD 5A A9 D7 D7（付款人：????）
- 密文分组2=59 7D DE CC EF EC BA 9B BF 83 99 CF 60 D2 59 B9（收款人：????）
- 密文分组3=CD AF D5 9E 39 FE FD 6D 64 8B CC CB 52 56 8D 79（转帐金额：????）
- 密文分组1=42 2D 36 36 37 31 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20（付款人：B-6671）
- 密文分组2=41 2D 35 33 37 34 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20（收款人：A-5374）
- 密文分组3=31 30 30 30 30 30 30 30 30 20 20 20 20 20 20 20（转帐金额：100000000）
通过这个例子可以看出，ECB模式的一个弱点就是可以在不破译密文的情况下操纵明文。
密码分组链接（CBC）模式
CBC模式的加密：将当前明文分组与前一个密文分组进行异或后在进行加密操作。第一个明文分组之前没有密文分组，需要将第一个明文分组与一个初始向量IV进行异或。
CBC模式的解密：将当前密文分组解密操作，然后与前一个密文分组进行异或。
CBC模式中的IV（初始向量）：
随机数。每次加密前随机产生，使得相同的明文，加密后得到不同的密文。为了解密能够顺利进行，发送方和接受方都应该知道IV。IV 无须保密，可以以明文形式传输。
CBC模式的特点：
- 明文块的统计特性得到了隐蔽。由于在密文CBC模式中，各密文块不仅与当前明文块有关，而且还与以前的明文块及初始化向量有关，从而使明文的统计规律在密文中得到了较好的隐蔽。
- 具有有限的（两步）错误传播特性。一个密文块的错误将导致两个密文块不能正确解密。
- 具有自同步功能。密文出现丢块和错块不影响后续密文块的脱密，若从第t块起密文块正确，则第t+1个明文块就能正确求出。
CBC模式的典型应用
（1）数据加密；
（2）完整性认证和身份认证；
密码反馈（CFB）模式
CFB模式中，使用分组密码Ｅ（如DES和AES等）对大小为ｎ的移位寄存器内容进行加密，对其输出结果选取最右边的j比特作为密钥序列。其中当前移位寄存器的内容是上一次移位寄存器的内容向左移位j比特后，接着用前一个密文序列补齐最右边的j比特得到。
j比特CFB模式的加密：加密是j比特明文序列异或j比特密钥序列来得到密文序列。
j比特CFB模式的解密：j比特密文序列异或j比特密钥序列来得到明文序列。
CFB模式的优、缺点及应用
优点：
- 隐藏明文的数据格式。
- 每一次可以加密j比特明文块，因此灵活适应各种数据格式的需求。比如，数据库加密要求加密时不能改变明文的字节长度，这时就要以明文字节长度为单位进行加密。
- 加解密效率低：一次只能完成 j个比特明密文数据的加解密。
- 会造成错误传播：因为CFB是自同步序列密码：密钥序列依赖于密文。所以，密文某个比特错误，解密后不仅可以导致在明文相同位置产生一个单比特错误；同时，只要这一密文错误还在移位寄存器中，就会造成相应密钥序列和明文序列的错误。
数据库加密等对数据格式有特殊要求的应用环境。
输出反馈（OFB）模式
- OFB模式在结构上类似于CFB模式，但反馈的内容是分组密码算法E输出的密钥序列（最左边j比特）而不是密文！ j比特CFB模式的加密：加密是j比特明文序列异或j比特密钥序列来得到密文序列。
- j比特OFB模式的加密：j比特明文序列异或j比特密钥序列得到j比特密文序列。
- j比特OFB模式解密：j比特密文序列异或j比特密钥序列得到j比特明文序列。
CFB模式的优、缺点及应用
优点：
1. 不具有错误传播特性。因为OFB是同步序列密码：密钥序列的产生独立于密文，所以，密文某个比特错误，解密后仅会导致在明文相同位置产生一个单比特错误。
2. 隐蔽明文的数据格式。
缺点：加解密效率低。
应用：图像加密、语音加密。
计数器（CTR）模式
CTR模式中，每个分组对应一个逐次累加的计数器，并使用分组密码E（如DES和AES等）对计数器进行加密来生成密钥序列。
CTR的加密：明文序列异或密钥序列得到密文序列。
CTR解密：密文序列异或密钥序列得到明文序列。
CTR模式的优点及应用
优点：
1. 可并行 执行：因为计数器模式各块儿可单独处理。
2. 可预处理：明文不参与密钥产生。
应用：随机存取数据的加密。