工作模式（Mode of Operation）（空）

工作模式(Mode of Operation)的概念

在密码学中，工作模式（Mode of Operation） 是指块加密算法（如 AES、DES 等）处理任意长度明文的一套规则和流程。

块加密算法本身只能加密固定长度的明文块（例如 AES 处理 128 位块，DES 处理 64 位块），而实际需要加密的数据（如文件、消息）往往是任意长度的。工作模式的作用就是定义如何将这些 “固定长度块加密” 的基本操作扩展到 “任意长度数据加密”，同时解决安全性、效率、完整性等问题。

ECB**(Electronic Codebook)**：电子密码本模式

ECB是一种安全性不高的工作模式,仅适用于教学场合

它的加密流程为image-20250715144919524

也就是说把明文拆分成若干个明文块，再用相同的key对每个明文块执行块加密算法

显然，使用相同的密钥就代表着，如果拆出了两个相同的明文块，那么这两个明文块对应的密文块是完全相等的，攻击者可通过分析密文结构推断明文规律。

ECB加密ctf例题

Cryptohack ECB-Oracle | AiY0u的博客

CBC**(Cipher Block Chaining)**：密码分组链接模式

CBC的安全性比ECB高，它具有一个初始化向量iv，与第一个明文块异或，并且后一个明文块加密时，都要先与前一个明文块的加密结果异或。这样就能打乱密文结构，不会出现ECB那样的规律性。

加密：

image-20250715160942718

解密：

image-20250715165020031

但是我们注意到，CBC工作模式下所谓的“分组链接”，是通过异或来链接起来的，而异或属于一种线性变换，这就导致前后密文块的关系仍然没有被完全打乱
并且由于异或操作是容易预测的，我们观察上图可以发现，仅仅需要伪造一个iv或者伪造部分密文，就能干扰解密的正常进行，并更换解密结果

上面这种攻击方式叫做比特翻转攻击(bit flipping attack)

比特翻转攻击例题

Cryptohack Flipping Cookie

OFB（Output Feedback Mode）：输出反馈模式

image-20250716145935290

OFB同样要求一个初始化向量

在工作时它通过加密反馈的方式生成密钥流，再与明文 / 密文进行异或运算来实现加密和解密

在这种工作模式下，分组密码已经转化为了流密码

OFB 模式在满足特定条件（IV 的唯一性、分组密码的安全性）时具有一定安全性，但相比 CTR 等现代模式存在明显局限性

CTR（Counter Mode）：计数器模式

CTR 模式的核心是通过计数器生成一系列不同的输入块，再用分组密码加密这些块得到密钥流，最后将密钥流与明文异或得到密文，解密时重复相同过程

image-20250716150004413

CTR 模式的计数器通常由两部分组成：

  • Nonce（初始向量 IV）：固定长度的随机值，必须在每次加密时唯一。
  • 计数器值：与 Nonce 拼接后，每次加密一个数据块就递增（或递减）

加密第一个块：[Nonce || 00000000] → 加密生成密钥流块 1

加密第二个块：[Nonce || 00000001] → 加密生成密钥流块 2

以此类推，最终加密完成所有数据块

Nonce（Number Used Once），一次性随机数，每次加密时随机生成，长度通常为 64-96 位，必须保证唯一性