Cryptology Academy · 课时

ECB 与 CBC：模式与 IV

演示 ECB 企鹅攻击，以及为何必须使用带随机 IV 的 CBC

ECB 与 CBC：模式与 IV 是 CoddyKit 上的免费 Cryptology Academy 课时。这是第 2 节课，共 4 节。你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。这是 Cryptology Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 Cryptology Academy 课程共包含 4 节课。

欢迎

ECB 和 CBC 是两种分组密码模式。ECB 因泄露模式而臭名昭著地不安全。使用随机 IV 的 CBC 安全性要高得多。下面深入理解二者。

ECB 模式：电子密码本

ECB 独立加密每个分组：Ci = AES(K, Pi)。相同的明文分组每次都会产生相同的密文分组。如果内容匹配，同一消息内或不同消息之间的分组也会完全相同。

ECB 企鹅

“ECB 企鹅”是一个经典演示：使用 AES-ECB 加密一张 Linux 企鹅 Tux 的 PNG 图像。输出结果仍然看起来像企鹅，因为相同颜色的区域会加密成相同的图案。

ECB 的漏洞：分组重放

在 ECB 模式中，攻击者无需知道密钥就可以重新排列密文分组： - 分组彼此独立 - 重新排序分组 → 重新排序解密后的明文 - 复制分组 → 复制内容 - 删除分组 → 删除内容

CBC 模式：密码分组链接

CBC 会先将每个明文分组与前一个密文分组进行 XOR，然后再加密： C0 = AES(K, P0 XOR IV) Ci = AES(K, Pi XOR C(i-1)) 相同的明文位于不同位置时，会产生不同的密文。

初始化向量（IV）

IV 就是第一个分组对应的“C(-1)”。它必须满足以下条件： - 每条消息都随机且唯一 - 不需要保密（随密文一起传输） - 绝不能与同一个密钥重复使用可预测的 IV 会破坏 CBC 的安全性。

CBC 解密

Pi = AES_Dec(K, Ci) XOR C(i-1) P0 = AES_Dec(K, C0) XOR IV 注意：解密第 i 个分组只需要 Ci 和 C(i-1)。分组可以并行解密（加密则不能这样做）。

CBC 位翻转攻击

翻转分组 Ci 中的第 i 位会导致：（1）Pi 变得乱码；（2）P(i+1) 中第 i 位发生可预测的翻转。在没有认证的情况下，攻击者可以修改特定的明文位，并且知道这些位的位置。

针对 TLS 1.0 的 BEAST 攻击（2011 年）

BEAST 利用了 TLS 1.0 使用带可预测 IV 的 CBC 这一点。上一条记录的最后一个分组被用作下一条记录的 IV。该攻击由 Rizzo 和 Duong 演示，并迫使浏览器升级到 TLS 1.1 及更高版本。

为什么 CBC 需要认证

不带 MAC 的 CBC 加密会允许位翻转攻击和填充预言机攻击。请始终将 CBC 与 HMAC 结合使用（Encrypt-then-MAC），或者切换到内置 AEAD 的 AES-GCM。

Python 中实际使用 CBC

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes import os iv = os.urandom(16) key = os.urandom(32) cipher = Cipher(algorithms.AES(key), modes.CBC(iv)) enc = cipher.encryptor() ciphertext = enc.update(padded_plaintext) + enc.finalize()

快速检查

为什么 ECB 模式会泄露明文结构的信息？

回顾

ECB 很危险，CBC 更好但需要认证。接下来我们学习 CTR 模式——将 AES 转变为流密码。

常见问题解答

「ECB 与 CBC：模式与 IV」课时是免费的吗？

是的 — 「ECB 与 CBC：模式与 IV」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 Cryptology Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 Cryptology Academy 课程共包含 4 节课。

「ECB 与 CBC：模式与 IV」这节课中我会学到什么？

演示 ECB 企鹅攻击，以及为何必须使用带随机 IV 的 CBC 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 Cryptology Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 Cryptology Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 Cryptology Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。这是第 2 节课，共 4 节。

「ECB 与 CBC：模式与 IV」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 Cryptology Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 Cryptology Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

此课程中的所有课时

← 返回 Cryptology Academy