数据加密技术(大数据加密)

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1、密码学分组密码运行模式-大数据加密一、计算机数据的特殊性1、存在明显的数据模式：许多数据都具有某种固有的模式。这主要是由数据冗余和数据结构引起的。各种计算机语言的语句和指令都十分有限，因而在程序中便表现为少量的语句和指令的大量重复。各种语言程序往往具有某种固定格式。数据库的记录也往往具有某种固定结构。操作系统和网络也有同样的问题。一、计算机数据的特殊性1、存在明显的数据模式：根据明文相同、密钥相同，则密文相同的道理，这些固有的数据模式将在密文中表现出来。掩盖明文数据模式的方法：预处理技术(随机掩盖)

2、链接技术如果不能掩盖数据模式，既使采用安全的密码算法也是徒劳的。一、计算机数据的特殊性数据的特殊性带来的需求：分组固定而待加密的数据量是不定的。即使有了安全的分组密码算法，也需要采用适当的工作模式来隐蔽明文的统计特性、数据的格式等，以提高整体的安全性，降低删除、重放、插入、和伪造成功的机会。不仅要保持各分组的完整性，还有保持各分组的次序不变。二、分组密码的工作模式1977年DES颁布。1981年美国针对DES的应用制定了四种基本工作模式：电码本模式（ECB）每个明文组独立地以同一密钥加密，单个数据加

3、密。密文反馈链接模式（CBC）将前一组密文与当前明文组逐步异或后再进行分组、加密，用途：加密、认证。二、分组密码的工作模式密码反馈模式（CFB）每次只处理k位数据，将上一次的密文反馈到输入端，从加密器的输出取k位，与当前的k位明文逐位异或，产生相应密文；用途：一般传送数据的流加密，认证输出反馈模式（OFB）类似于CFB，以加密器输出的k位随机数字直接反馈到加密器的输入，用途：对有扰信道传送的数据流进行加密（如卫星数传）二、分组密码的工作模式2000年美国在征集AES的同时又公开征集AES的工作模式。

4、共征集到15个候选工作模式。新的工作模式标准还在评审中。这些新的工作模式将为AES的应用作出贡献。二、分组密码的工作模式1、电码本模式（ECB）直接利用分组密码对明文的各分组进行加密。设明文M=（M1，M2，…，Mn）,密钥为K，密文C＝(C1，C2，…，Cn),其中Ci＝E（Mi，K）,i=1,2,…,n电码本方式是分组密码的基本工作模式。缺点：可能出现短块，这时需要特殊处理。缺点：暴露明文的数据模式。应用：适合加密密钥等短数据二、分组密码的工作模式2、密文反馈链接模式（CBC）①明密文链接方式（

5、PlaintextandCiphertextBlockChaining）设明文M=（M1，M2，…，Mn）,密钥为K，密文C=(C1，C2，…，Cn),其中E（Mi⊕Z，K），i=1E（Mi⊕Mi-1⊕Ci-1，K）,i=2,…,nZ为初始化向量。Ci=二、分组密码的工作模式2、密文反馈链接模式（CBC）①明密文链接方式即使Mi＝Mj，但因一般都有Mi-1⊕Ci-1≠Mj-1⊕Cj-1，从而使Ci≠Cj，从而掩盖了明文中的数据模式。加密时，当Mi或Ci中发生一位错误时，自此以后的密文全都发生错误。这

6、种现象称为错误传播无界。解密时也是错误传播无界。二、分组密码的工作模式2、密文反馈链接模式（CBC）①明密文链接方式错误传播无界的缺点：当磁盘发生一点损坏时将导致整个文件无法解密。错误传播无界的优点：可用于数据完整性、真实性认证。二、分组密码的工作模式M1EC1M1DM2EC2DMnECnDMnM2加密解密KKKKKKZZ二、分组密码的工作模式2、密文反馈链接模式（CBC）明密文链接方式具有加解密错误传播无界的特性，而磁盘文件加密和通信加密通常希望解密错误传播有界，这时可采用密文链接方式。②密文链接

7、方式（CiphertextBlockChaining）设明文M=（M1，M2，…，Mn）,密钥为K，密文C=(C1，C2，…，Cn),其中E（Mi⊕Z，K），i=1E（Mi⊕Ci-1，K）,i=2,…,nCi=二、分组密码的工作模式M1EC1M1DM2EC2DMnECnDMnM2加密解密KKKKKKZZ二、分组密码的工作模式2、密文反馈链接模式（CBC）②密文链接方式加密：错误传播无界解密时：错误传播有界D（Ci，K）⊕Z，i=1D（Ci，K）⊕Ci-1,i=2,…,nCi-1发生了错误，则只影响M

8、i-1和Mi发生错误，其余不错，因此错误传播有界。缺点也是要求数据的长度是密码分组长度的整数倍，否则最后一个数据块将是短块。Mi=二、分组密码的工作模式3、输出反馈模式(OFB)将一个分组密码转换为一个密钥序列产生器。从而可以实现用分组密码按流密码的方式进行加解密。64移位寄存器K位EK位明文K位密文K位种子R0K二、分组密码的工作模式3、输出反馈模式(OFB)如果分组密码是安全的，则产生的密钥序列也是安全的。加解密都没有错误传播。适于加密冗余度较大的数据，如语音和图