什么是Block Cipher

依赖工作流（Mode of operation），加密定长明文的算法

常见的工作模式

ECB 模式

按照可加密的长度切分明文之后，直接进行加密
因为该模式可能泄露明文之间的关系，可被选择明文攻击不应该使用

CBC 模式

每次先把明文和一个随机生成的做异或，然后放到函数里面做加密，得到结果使用再输入做加密得到下一段密文

优点

加密是基于概率的
如果函数满足PRF 安全，那么CBC模式满足CPA安全，即豁免选择明文攻击

缺点

整个加密流程是串行（sequential）的，并且无法进行并行化

OFB 模式

首先生成随机的串，经过加密之后作为输入传给下一个同时用作密钥给明文做异或操作。

优点

密钥生成的部分是可以预处理的，所以理论上可以更快
函数不要求是可逆的（因为此时其实只需要正向运用得到每一次的密文就可以了）
如果函数是满足 PRF 的，那么加密算法满足 PCA 安全

CTR 模式

首先生成一个串 ctr 然后依次使用作为输入给获得密钥对对应的明文进行加密

优点

如果函数是满足 PRF 的，那么加密算法满足 PCA 安全
同样不要求为可逆
密钥生成部分不仅可以预处理，还可以做并行化

雪崩效应

我们希望如果输入发生一个微小的变化，那么每一位的输出都能够发生变化，这称之为 雪崩效应

如何理解雪崩效应：
可以从差分隐私保护的角度理解，如果变化不够大，可以通过差分攻击的方式获取更多信息

关于 confusion-diffusion 模式

该模式一般会重复多轮的 confusion 的 diffusion
输入会被拆分成若干个小块
在每一轮中：
- 每一个小块会被输入一个小的随机函数中进行混淆
- 然后混淆的结果会在 diffusion 步骤中被混合到一起

Substitution-permutation network(SPN)

单轮SPN

在该模式下，每一轮包含一下步骤：

Key mixing: in each round, the input is first xor-ed with the current-round sub-key or (round key)
Substitution: after key mixing, each block i is inputted into a fixed, invertible “substitution function” (i.e. permutation) Si called S-box.
Permutation: the bits of all S-boxes’ outputs are permuted.
在该模式下，整个加密过程可以被公开，只有输入的 key 需要加密传输

单轮加密示意图

多轮SPN

多轮的本质改变就是上面的模式不止进行一轮，而是把上一轮的输出再贴上下一轮的key 然后做下一轮

如何保证雪崩效应

S盒在设计的时候，如果改变一位，输出至少改变两位
每一轮的输出都会在混合后进入下一轮

注意事项

该模式下的盒要求是可逆的

Feistel Network

该模式下的函数不要求是可逆的

每一轮使用的是使用一个公开的生成的即其中的是第i轮的密钥

Block cipher