分组密码

简介

在密码学中，分组密码是指明确定义了一系列算法和协议以将明文分组加密为密文的密码算法。分组密码是对称加密的一种形式，其中被加密的消息被划分成固定长度的块，每个块以相同的方式进行加密。

工作原理

分组密码通常使用置换和代换两种技术来加密和解密文本块。置换（Permutation）是指将一个固定长度的文本块按照一定的规则重新排列。代换（Substitution）是指将一个固定长度的文本块用另一组固定规则的值替代原有的值。

例如，DES是一种典型的分组密码系统。它将64位长的明文按照一定的规则进行分组，并使用一组称为“子密钥”的小密钥对每个组进行加密。加密过程包括初始置换、逆初始置换、16次迭代和末置换。在每次迭代中，明文组被置换、代换和排序，结果被加上一个子密钥，形成下一个明文组。最终，所有的组都被加密，并生成了64位长的密文。

分组密码的类型

根据密钥使用方式的不同，分组密码可分为两种类型：流密码和块密码。

• 流密码：流密码（Stream Cipher）将明文字符输入到一个算法中，产生连续的密文。流密码通常使用比原文小得多的密钥，并且它的加密速度很快。而且，流密码可以用于实时保护对话和流量，比如在 VoIP 和视频会议的场景中广泛应用。

• 块密码：块密码（Block Cipher）将固定长度的明文分成块，每个块分别加密。块密码使用不同的密钥对每个块进行加密，并使用下一个块的加密结果作为下一个加密操作的输入。块密码通常比流密码更安全，但是它们比流密码的加密速度要慢。块密码可以用于安全传输大量文本和文件。

分组密码的算法

常见的分组密码算法有DES（Data Encryption Standard）、AES（Advanced Encryption Standard）、RC4、RC5、IDEA（International Data Encryption Algorithm）和 Blowfish。

DES

DES是一种使用56位密钥，以64位块为输入的分组密码。它将密钥复制成一个64位的密钥，然后使用一个“初始置换表”对输入进行置换。然后，明文被划分成 64 比特的块，并将一些每个块中的比特重新排列，再将文本块分成左右两个部分，然后将左部分与一个64位的子密钥进行替换、置换和排序，这个过程重复16次，最后进行一个末置换后得到输出。

DES的使用已经相对较少，主要是因为它使用较短的密钥长度和易受到攻击的弱点。

AES

AES是一种使用128位分组和128、192或256位密钥的高级分组密码，它取代了DES作为新的高级加密标准。AES将明文分成128比特的块，并使用高阶特定算法来加密每个块。它可以抵抗现代密码攻击，包括差分攻击、线性攻击和秘密算法分析。此外，AES的加密速度非常快，使得它成为高速加密和解密文件和数据的首选方法。

RC4

RC4是一种流密码，密钥长度可变。RC4使用移位、置换和异或等技术对输入数据流执行加密操作。尽管RC4在一定程度上是安全的，但它已经被证明易于攻击。

RC5

RC5是一种块密码，它使用了128位块和密钥的变长算法。RC5主要使用两个非线性函数（F函数和G函数）和循环移位来加密数据。

IDEA

IDEA是一种以块密码方式工作的加密算法，它使用一个128位的密钥，并以64位为块的形式处理数据。IDEA使用置换、代换和模运算等技术，它的加密速度与DES相当，但IDEA更加安全。

Blowfish

Blowfish是一种使用可变长度密钥（32比特到448比特）的块密码算法。它将明文分成64位的块，并使用16次迭代来加密每个块。因此，Blowfish被广泛应用于许多不同的领域，包括银行和电子商务。