分组密码的工作模式
分组密码工作模式的特点主要体现在不同模式的设计原理、安全性、并行性、错误传播特性及应用场景的差异上。以下是常见模式的详细特点总结：
一、ECB（电码本模式）
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特点： -
直接对明文分组独立加密，无前后关联； -
支持并行加密和解密； -
相同明文生成相同密文，易暴露数据模式。 -
优点：实现简单，适合短消息或单个数据块的加密。 -
缺点： -
安全性低，易受重放攻击； -
无法隐藏数据模式（如重复的密文块）。 -
应用场景：加密密钥或短数据（如单个分组）。
二、CBC（密文分组链接模式）
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特点： -
当前明文分组与前一个密文分组异或后再加密； -
需初始化向量（IV），且每次加密需更新IV； -
解密可并行，但加密需串行。 -
优点： -
隐藏数据模式，相同明文生成不同密文； -
支持数据完整性验证（如CBC-MAC）。 -
缺点： -
错误传播（单个错误影响后续分组）； -
需填充至分组长度整数倍。 -
应用场景：文件加密、非实时通信。
三、CTR（计数器模式）
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特点： -
将计数器值加密后与明文异或，类似流密码； -
加密和解密结构相同，无需填充； -
支持完全并行计算。 -
优点： -
高效且错误不扩散（仅影响对应位）； -
安全性高，适合长数据流。 -
缺点：计数器需唯一，否则易受重放攻击。 -
应用场景：实时通信、磁盘加密（如XTS模式）。
四、CFB（密文反馈模式）
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特点： -
将前一个密文块加密后生成密钥流，与明文异或； -
支持逐比特或逐字节加密，无需填充。 -
优点：实时性强，适合流数据加密。 -
缺点： -
错误传播（单个错误影响后续分组）； -
加密需串行，无法并行加速。 -
应用场景：网络流加密、需部分解密的场景。
五、OFB（输出反馈模式）
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特点： -
将加密算法的输出反馈为下一轮输入，生成密钥流； -
错误不传播（仅影响对应位）。 -
优点：适用于噪声信道（如卫星通信）。 -
缺点： -
需保证IV唯一性，否则安全性降低； -
加密和解密均需串行。 -
应用场景：需抗信道干扰的场景。
六、GCM（伽罗瓦计数器模式）
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特点： -
结合CTR加密和GMAC认证，同时保护机密性与完整性； -
支持并行计算，效率高。 -
优点：安全性高，适合高性能需求场景（如TLS加密）。 -
缺点：实现复杂度较高，需处理Nonce唯一性。 -
应用场景：商密场景（如SM4-GCM）、网络流量加密。
总结与推荐
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安全性优先：推荐GCM或CCM模式（支持认证加密）； -
性能优先：选择CTR模式（并行计算、无填充）； -
避免使用ECB：仅限短数据或特殊场景。
如需完整工作模式标准定义，可参考中的GB/T 17964-2021规范。
原文始发于微信公众号（利刃信安）：【能力验证】分组密码的工作模式
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