Intro

一般所謂的對稱金鑰演算法，以區塊加密演算法為主，演算法如AES或DES。

區塊加密工作模式：所謂的Mode，如ECB、CBC、PCBC、CFB、OFB和CTR。延伸出初始向量（IV）

ECB，CBC，OFB，CFB，CTR和XTS模式僅僅提供了機密性；為了保證加密資訊沒有被意外修改或惡意篡改，需要採用分離的訊息驗證碼，例如CBC-MAC。

認證加密模式（AE，Authenticated Encryption），或稱為authenc，結合了加密和認證的單一模式。AE模式的例子包括CCM，GCM，CWC，EAX，IAPM和OCB。

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Mode - 工作模式

ECB (最簡單的加密模式)

最簡單的加密模式為 ECB (Electronic codebook)：每個加密塊獨立加密，不須使用IV (亦即相同內文，密文相同)

• 缺點：同樣的明文塊會被加密成相同的密文塊；

CBC (經典加密模式)

經典常用的加密模式為 CBC (Cipher-block chaining)：每個明文塊先與前一個密文塊進行互斥或後，再進行加密。在這種方法中，每個密文塊都依賴於它前面的所有明文塊。同時，為了保證每條訊息的唯一性，在第一個塊中需要使用IV。

• 缺點：加密過程是串行的，無法被並列化

CTR (串流加密模式)

計數器模式 (CTR) 通過對計數器（Counter）進行加密，並將加密結果與明文進行 XOR 操作來生成密文。
加密過程中，首先生成初始計數器（IV 或 Nonce），並將其與密鑰一起加密，然後逐個增量加密計數器（或可並行處理），從而避免重複的加密結果。

• 優點：與 CBC 模式相比，CTR 模式支持並行處理，顯著提升效能。

GCM (CTR + MAC)

GCM (Galois/Counter Mode) 結合了 CTR (計數器模式) 進行加密，並使用 Galois 領域的認證碼（MAC） 來提供數據的 完整性 和 認證。

GCM 算法提供數據的真實性（與完整性） 以及機密性的驗證，採用的是一種基於關聯資料的認證加密 (AEAD) 方法。
這表示它的輸入包括：密鑰 K、明文 P，以及一些附加資料（Associated Data，以下簡稱 AD）。
加密時，使用密鑰對明文 P 進行加密以產生 密文 C，並根據 C 和 AD（未加密）計算出一組 認證標籤 T。
擁有密鑰 K 的接收端，在接收到 AD、C（密文）以及 T（認證標籤）後，可以解密密文還原出明文 P，並透過驗證 T 來確認密文和 AD 在傳輸過程中是否遭到篡改。

• 優點: CTR 效能 + 內建 MAC 簽章機制

AEAD 帶有關聯資料的認證加密

Authenticated encryption with associated data，AEAD 主要目的在於同時提供 訊息的機密性（防止未授權的存取）和 完整性（防止訊息被篡改）保護。

分別有三種認證加密的方法：

• Encrypt-then-MAC (EtM)
  
• Encrypt-and-MAC (E&M)
  
• MAC-then-Encrypt (MtE)
  

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IV - 初始向量

初始向量(Initialization vector)

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Padding - 填充

填充(Padding)

部分模式（即ECB和CBC）因塊密碼只能對確定長度的資料塊進行處理，需要最後一塊在加密前進行填充。
CFB，OFB和CTR模式不需要對長度不為密碼塊大小整數倍的訊息進行特別的處理。

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實作

OpenSSL指令

// Encrypt with EBC
$ openssl enc -aes-256-ecb -in plaintext.txt -out encrypted.txt -k YourSecretKey

// Decrypt with EBC
$ openssl enc -d -aes-256-ecb -in encrypted.txt -out decrypted.txt -k YourSecretKey

// Encrypt with CBC (auto IV)
$ openssl enc -aes-256-cbc -in plaintext.txt -out encrypted.txt -k YourSecretKey

// Decrypt with CBC (auto IV from chipherText)
$ openssl enc -d -aes-256-cbc -in encrypted.txt -out decrypted.txt -k YourSecretKey

// Encrypt with CBC (IV in hex format)
$ openssl enc -aes-256-cbc -in plaintext.txt -out encrypted.txt -k YourSecretKey -iv 00112233445566778899aabbccddeeff

// Decrypt with CBC (IV in hex format)
openssl enc -d -aes-256-cbc -in encrypted.txt -out decrypted.txt -k YourSecretKey -iv 00112233445566778899aabbccddeeff

Key 參數 -k <password> 省略的話會用對話模式要求輸入Key。

需要 IV 的演算法，加密時若沒有指定 IV 則自動產生的 IV 會加到密文 prefix