AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB）


AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB）

分组密码有五种工作体制：

电码本模式（Electronic Codebook Book (ECB)）；
密码分组链接模式（Cipher Block Chaining (CBC)）；
计算器模式（Counter (CTR)）；
密码反馈模式（Cipher FeedBack (CFB)）；
输出反馈模式（Output FeedBack (OFB)）。

以下逐一介绍一下：
1.电码本模式（Electronic Codebook Book (ECB)
这种模式是将整个明文分成若干段相同的小段，然后对每一小段进行加密。

2.密码分组链接模式（Cipher Block Chaining (CBC)）
这种模式是先将明文切分成若干小段，然后每一小段与初始块或者上一段的密文段进行异或运算后，再与密钥进行加密。

3.计算器模式（Counter (CTR)）
计算器模式不常见，在CTR模式中， 有一个自增的算子，这个算子用密钥加密之后的输出和明文异或的结果得到密文，相当于一次一密。这种加密方式简单快速，安全可靠，而且可以并行加密，但是在计算器不能维持很长的情况下，密钥只能使用一次。CTR的示意图如下所示：

4.密码反馈模式（Cipher FeedBack (CFB)）
这种模式较复杂。

5.输出反馈模式（Output FeedBack (OFB)）
这种模式较复杂。

以下附上C++源代码：
/**
*@autho stardust
*@time 2013-10-10
*@param 实现AES五种加密模式的测试
*/
#include <iostream>
using namespace std;

//加密编码过程函数,16位1和0
int dataLen = 16; //需要加密数据的长度
int encLen = 4; //加密分段的长度
int encTable[4] = {1,0,1,0}; //置换表
int data[16] = {1,0,0,1,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0}; //明文
int ciphertext[16]; //密文

//切片加密函数
void encode(int arr[])
{
 for(int i=0;i<encLen;i++)
 {
 arr[i] = arr[i] ^ encTable[i];
 }
}

//电码本模式加密，4位分段
void ECB(int arr[])
{
 //数据明文切片
 int a[4][4];
 int dataCount = 0; //位置变量
 for(int k=0;k<4;k++)
 {
 for(int t=0;t<4;t++)
 {
 a[k][t] = data[dataCount];
 dataCount++;
 }
 }
 dataCount = 0;//重置位置变量
 for(int i=0;i<dataLen;i=i+encLen)
 {
 int r = i/encLen;//行
 int l = 0;//列
 int encQue[4]; //编码片段
 for(int j=0;j<encLen;j++)
 {
 encQue[j] = a[r][l];
 l++;
 }
 encode(encQue); //切片加密
 //添加到密文表中
 for(int p=0;p<encLen;p++)
 {
 ciphertext[dataCount] = encQue[p];
 dataCount++;
 }
 }
 cout<<"ECB加密的密文为："<<endl;
 for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
 {
 if(t1!=0 && t1%4==0)
 cout<<endl;
 cout<<ciphertext[t1]<<" ";
 }
 cout<<endl;
 cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}

//CBC
//密码分组链接模式，4位分段
void CCB(int arr[])
{
 //数据明文切片
 int a[4][4];
 int dataCount = 0; //位置变量
 for(int k=0;k<4;k++)
 {
 for(int t=0;t<4;t++)
 {
 a[k][t] = data[dataCount];
 dataCount++;
 }
 }
 dataCount = 0;//重置位置变量

 int init[4] = {1,1,0,0}; //初始异或运算输入
 //初始异或运算
 for(int i=0;i<dataLen;i=i+encLen)
 {
 int r = i/encLen;//行
 int l = 0;//列
 int encQue[4]; //编码片段
 //初始化异或运算
 for(int k=0;k<encLen;k++)
 {
 a[r][k] = a[r][k] ^ init[k];
 }
 //与Key加密的单切片
 for(int j=0;j<encLen;j++)
 {
 encQue[j] = a[r][j];
 }
 encode(encQue); //切片加密
 //添加到密文表中
 for(int p=0;p<encLen;p++)
 {
 ciphertext[dataCount] = encQue[p];
 dataCount++;
 }
 //变换初始输入
 for(int t=0;t<encLen;t++)
 {
 init[t] = encQue[t];
 }
 }

 cout<<"CCB加密的密文为："<<endl;
 for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
 {
 if(t1!=0 && t1%4==0)
 cout<<endl;
 cout<<ciphertext[t1]<<" ";
 }
 cout<<endl;
 cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}

//CTR
//计算器模式，4位分段
void CTR(int arr[])
{
 //数据明文切片
 int a[4][4];
 int dataCount = 0; //位置变量
 for(int k=0;k<4;k++)
 {
 for(int t=0;t<4;t++)
 {
 a[k][t] = data[dataCount];
 dataCount++;
 }
 }
 dataCount = 0;//重置位置变量

 int init[4][4] = {{1,0,0,0},{0,0,0,1},{0,0,1,0},{0,1,0,0}}; //算子表
 int l = 0; //明文切片表列
 //初始异或运算
 for(int i=0;i<dataLen;i=i+encLen)
 {
 int r = i/encLen;//行
 int encQue[4]; //编码片段
 //将算子切片
 for(int t=0;t<encLen;t++)
 {
 encQue[t] = init[r][t];
 }
 encode(encQue); //算子与key加密
 //最后的异或运算
 for(int k=0;k<encLen;k++)
 {
 encQue[k] = encQue[k] ^ a[l][k];
 }
 l++;

 //添加到密文表中
 for(int p=0;p<encLen;p++)
 {
 ciphertext[dataCount] = encQue[p];
 dataCount++;
 }
 }

 cout<<"CTR加密的密文为："<<endl;
 for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
 {
 if(t1!=0 && t1%4==0)
 cout<<endl;
 cout<<ciphertext[t1]<<" ";
 }
 cout<<endl;
 cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}

//CFB
//密码反馈模式，4位分段
void CFB(int arr[])
{
 //数据明文切片,切成2 * 8 片
 int a[8][2];
 int dataCount = 0; //位置变量
 for(int k=0;k<8;k++)
 {
 for(int t=0;t<2;t++)
 {
 a[k][t] = data[dataCount];
 dataCount++;
 }
 }
 dataCount = 0; //恢复初始化设置
 int lv[4] = {1,0,1,1}; //初始设置的位移变量
 int encQue[2]; //K的高两位
 int k[4]; //K

 for(int i=0;i<2 * encLen;i++) //外层加密循环
 {
 //产生K
 for(int vk=0;vk<encLen;vk++)
 {
 k[vk] = lv[vk];
 }
 encode(k);
 for(int k2=0;k2<2;k2++)
 {
 encQue[k2] = k[k2];
 }
 //K与数据明文异或产生密文
 for(int j=0;j<2;j++)
 {
 ciphertext[dataCount] = a[dataCount/2][j] ^ encQue[j];
 dataCount++;
 }
 //lv左移变换
 lv[0] = lv[2];
 lv[1] = lv[3];
 lv[2] = ciphertext[dataCount-2];
 lv[3] = ciphertext[dataCount-1];
 }

 cout<<"CFB加密的密文为："<<endl;
 for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
 {
 if(t1!=0 && t1%4==0)
 cout<<endl;
 cout<<ciphertext[t1]<<" ";
 }
 cout<<endl;
 cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}

//OFB
//输出反馈模式，4位分段
void OFB(int arr[])
{
 //数据明文切片,切成2 * 8 片
 int a[8][2];
 int dataCount = 0; //位置变量
 for(int k=0;k<8;k++)
 {
 for(int t=0;t<2;t++)
 {
 a[k][t] = data[dataCount];
 dataCount++;
 }
 }
 dataCount = 0; //恢复初始化设置
 int lv[4] = {1,0,1,1}; //初始设置的位移变量
 int encQue[2]; //K的高两位
 int k[4]; //K

 for(int i=0;i<2 * encLen;i++) //外层加密循环
 {
 //产生K
 for(int vk=0;vk<encLen;vk++)
 {
 k[vk] = lv[vk];
 }
 encode(k);
 for(int k2=0;k2<2;k2++)
 {
 encQue[k2] = k[k2];
 }
 //K与数据明文异或产生密文
 for(int j=0;j<2;j++)
 {
 ciphertext[dataCount] = a[dataCount/2][j] ^ encQue[j];
 dataCount++;
 }
 //lv左移变换
 lv[0] = lv[2];
 lv[1] = lv[3];
 lv[2] = encQue[0];
 lv[3] = encQue[1];
 }

 cout<<"CFB加密的密文为："<<endl;
 for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
 {
 if(t1!=0 && t1%4==0)
 cout<<endl;
 cout<<ciphertext[t1]<<" ";
 }
 cout<<endl;
 cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}

void printData()
{
 cout<<"以下示范AES五种加密模式的测试结果："<<endl;
 cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
 cout<<"明文为："<<endl;
 for(int t1=0;t1<dataLen;t1++) //输出密文
 {
 if(t1!=0 && t1%4==0)
 cout<<endl;
 cout<<data[t1]<<" ";
 }
 cout<<endl;
 cout<<"---------------------------------------------"<<endl;
}
int main()
{
 printData();
 ECB(data);
 CCB(data);
 CTR(data);
 CFB(data);
 OFB(data);
 return 0;
}