安全領(lǐng)域有兩個(gè)非常重要的術(shù)語：機(jī)密性和加密，其中機(jī)密性一般描述我們的業(yè)務(wù)目標(biāo)，比如用戶賬戶管理系統(tǒng)中，密碼必須具備機(jī)密性，而加密是實(shí)現(xiàn)機(jī)密性的一種手段。在安全加密剛剛起步的時(shí)候，研究加密算法占據(jù)了科研人員大部分的時(shí)間，科研人員經(jīng)常問自己的問題是：如何讓通信雙方更加安全？這句話翻譯成大白話的意思就是，我們通過什么手段能夠讓通信雙方交換的數(shù)據(jù)（字節(jié)碼）和信息（明文信息）不被第三者獲取。
安全的研究剛開始屬于典型的軍用領(lǐng)域，隨著時(shí)代的發(fā)展，這些研究成果逐漸公開，被廣泛應(yīng)用于政府和民用領(lǐng)域，我們現(xiàn)在享受的一切和互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)字化相關(guān)的便利，有很大一部分功勞應(yīng)該歸于安全領(lǐng)域在過去幾十年的發(fā)展和沉淀。舉個(gè)不恰大的例子，如果你使用在線的支付平臺(tái)導(dǎo)致賬戶被竊取損失了銀子，你還會(huì)用在線支付系統(tǒng)嗎？答案當(dāng)然是否定的，除非你不在乎錢。說到加密，很多人用不同的理解，其實(shí)科研的本質(zhì)是要解決實(shí)際生活終于到的問題。用大白話說加密（cipher）就是：外交部發(fā)言人如何應(yīng)付corrupted news network記者刁鉆的惡意問題，特別是哪些長期不生活在中國大陸的記者們，關(guān)鍵事件節(jié)點(diǎn)過來刷臉，可能一時(shí)半會(huì)聽不懂，回去要查表才能解密出明文，亦或者查表之后，還是無法理解（理解歪曲，然后寫一堆blabla..惡意攻擊中國的fact check文章來糊弄naive的外國友人）。外交部發(fā)言人講話的過程中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密處理。
當(dāng)然要把這個(gè)事情更加形象的說清楚，還是要請(qǐng)出我們的老朋友愛麗斯女王和鮑勃領(lǐng)主，這次他們要傳誰會(huì)被選為下一屆”王國日?qǐng)?bào)“的總編輯。由于科技發(fā)展的很快，愛麗斯女王可以通過郵件，電子郵件，電話以及局域網(wǎng)（邏輯性有點(diǎn)問題，大家就當(dāng)娛樂版看吧，這個(gè)時(shí)代還沒有互聯(lián)網(wǎng)）來進(jìn)行信息交互，并且王國內(nèi)的人民還都比較單純，屬于路不拾遺，夜不閉戶類型的，因此這些線路上并沒有什么太強(qiáng)的安全手段，大白話說就是這幾個(gè)通信方式都不安全。
任務(wù)事物都具備兩面性，科技的發(fā)展也不例外，除了帶動(dòng)文明的發(fā)展之外，人們也變得復(fù)雜了。具體來說，在王國內(nèi)，逐漸出現(xiàn)快遞員會(huì)打開”重要的“信件（比如來自于郡主啊，城堡主啊，王室成員啊）來一探究竟，電話系統(tǒng)的接線員對(duì)來自特定號(hào)碼的電話通信會(huì)偷聽，而哪些局域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)提供者也會(huì)對(duì)流經(jīng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)，特別是進(jìn)入操作系統(tǒng)的PREROUTING階段（Linux操作系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的處理核心netfiler不是很了解的同學(xué)，可以關(guān)注筆者后續(xù)關(guān)于虛擬化網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)文章），旁路了數(shù)據(jù)包，用稍微時(shí)髦一點(diǎn)的話說，這叫man-in-the-middle攻擊。
由于這人變復(fù)雜了，愛麗斯女王和鮑勃領(lǐng)主突然覺得這種信息幾乎裸奔的形式非常的不安全了，因此迫切需要解決方案。作為云原生和云計(jì)算領(lǐng)域的知名架構(gòu)師，我們需要服務(wù)好愛麗斯女王，給出合理（在預(yù)算，風(fēng)險(xiǎn)和可行性，可擴(kuò)展性，性能，可運(yùn)維性，靈活性之間找到最優(yōu)解，這么看起來架構(gòu)師的職位很快也會(huì)被深度學(xué)習(xí)給解決掉，如果你想保住飯碗，深度學(xué)習(xí)是上游，趕緊在十一認(rèn)真學(xué)習(xí)起來吧。）的解決方案。由于讀者看了云攀老師持續(xù)更新的安全系列文章，遇到這個(gè)場(chǎng)景根本不會(huì)覺得陌生：這不就是加密的場(chǎng)景嗎？，沒錯(cuò)，我們通過引入加密算法（encryption algorithm或者cipher）來保證女王和領(lǐng)主之間的數(shù)據(jù)不會(huì)被非法竊取。
咱們先來腦補(bǔ)一下這個(gè)場(chǎng)景：女王和領(lǐng)主各自有一個(gè)神奇的寶箱，愛麗斯女王把要發(fā)給領(lǐng)主的八卦消息通過自己的寶箱進(jìn)行加密，生成密文（一串看不出所以然的隨機(jī)字符串），加密的過程具體來說需要兩個(gè)輸入：
1，秘鑰，用來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。秘鑰必須不可預(yù)測(cè)，隨機(jī)，已經(jīng)被安全的保護(hù)，因?yàn)檎麄€(gè)安全體系的強(qiáng)度和這個(gè)秘鑰是否能夠安全的受到保護(hù)息息相關(guān)。
2，八卦信息，這個(gè)是廢話（為了保證內(nèi)容的連貫和完整）。比如咱上邊說的王國日?qǐng)?bào)的總編輯候選人屬于信息，視頻，圖片等也屬于信息（開個(gè)玩笑，這里的信息其實(shí)也有約束，任何可以被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的事物都可以稱作信息，數(shù)據(jù)。不要試圖對(duì)一只貓進(jìn)行加密！除非你能把一只活體的貓變成bit，但是這又進(jìn)入人工智能領(lǐng)域了，對(duì)于生物來說，生命之源組成軀體可能只是一堆線路和零件而已。）。
愛麗斯女王將上邊的兩個(gè)信息輸入到自己寶箱，然后就產(chǎn)出了密文（ciphertext，這個(gè)單詞很形象，text被cipher后，就變成了ciphertext），大白話說就是經(jīng)過加密后產(chǎn)生的密文。由于信息被進(jìn)行了加密，因?yàn)閻埯愃古蹩梢噪S意選擇合適的通信方式（mailman，email，電話和局域網(wǎng)）來將加密后的密文信息發(fā)給領(lǐng)主鮑勃。假設(shè)女王選擇了郵遞的方式，任憑有多少郵差打開敞口的信件，始終無法讀懂女王寫的哪些奇奇怪怪的0和1。
當(dāng)領(lǐng)主鮑勃收到郵遞員送來的信件后，把信件上的密文，用自己的寶箱上的解密算法（decryption algorithm）進(jìn)行解密，獲取愛麗斯女王發(fā)送給自己的她聽到的下一任主編的人選，哈哈大笑的同時(shí)，使勁的拍大腿，并自言自語到，女王和老臣想到一塊去了，想到一塊去了。領(lǐng)主夫人翻著白眼說，高興歸高興，能不能拍自己的大腿？具體來說，解密也需要兩個(gè)輸入信息：
1，秘鑰，這個(gè)秘鑰必須和愛麗斯女王用來加密的秘鑰一致。閱讀過筆者前邊關(guān)于對(duì)稱加密文章的同學(xué)，應(yīng)該隨口就能出：這不就是對(duì)稱加密嗎？沒錯(cuò)，并且女王和領(lǐng)主使用的這相同的key，我們也叫對(duì)稱秘鑰。
2，密文，郵遞員送來信件上的那串奇怪的0和1
解密的過程本質(zhì)上是加密的逆向操作，用來把密文還原成原始的信息，我們通過下圖來總結(jié)一下整個(gè)過程涉及到的四個(gè)步驟。
注：雖然筆者在上圖中開玩笑式的說女王和領(lǐng)主在一次線下團(tuán)建確定了秘鑰，但是在實(shí)際場(chǎng)景中，特別是現(xiàn)在疫情如此反復(fù)不定的情況下，線下交換秘鑰無論從安全性和效率都不可取，特別是引入定期key輪換來提升安全強(qiáng)度的項(xiàng)目上，很快就會(huì)成為問題。在實(shí)際項(xiàng)目中，我們需要使用安全的機(jī)制來生產(chǎn)，交換，更新，傳輸秘鑰信息，有時(shí)候也叫秘鑰管理。阿里云提供了KMS服務(wù)，專門針對(duì)這種場(chǎng)景，感興趣的和不感興趣的都可以了解一下。
看到這里，大家可能會(huì)有點(diǎn)疑惑，標(biāo)題不是說的是認(rèn)證加密，為啥只看到加密，沒有看到認(rèn)證呢？標(biāo)題黨??！大家稍安勿躁，從安全的最佳實(shí)踐和規(guī)范的角度來看，光靠加密是無法保證安全性，或者機(jī)密性的，因此我們需要先介紹加密，然后在介紹認(rèn)證加密，邏輯上也合理。
讀完上上邊看似小說的內(nèi)容后，在要進(jìn)入稍微硬核的內(nèi)容了（安全領(lǐng)域和數(shù)學(xué)緊密相關(guān)，筆者只能盡自己最大的能力將內(nèi)容寫的親和）。首先我們從加密算法開始，從業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)AES(Advanced Encrytion Standard)這個(gè)算法開始。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）在1997年舉辦了一個(gè)有關(guān)AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，中文翻譯聽起來很沒有代入感，后邊筆者會(huì)直接用AES）的安全競(jìng)賽，來繼承已經(jīng)日落西山的DES算法的衣缽。這個(gè)安全競(jìng)賽持續(xù)了三年時(shí)間，從15個(gè)不同的參賽團(tuán)隊(duì)提交的算法中，組委會(huì)確定了Rijndael算法，由Vincent Rijmen和Joan Daemen設(shè)計(jì)并提交。2001年，NIST公布了AES的最終標(biāo)準(zhǔn)，即便是在20年后的今天，AES仍然是主要的加密算法，活躍在我們?nèi)粘Ｉ畹闹車?/p>
坦白說，AES的內(nèi)部工作機(jī)制不是筆者能駕馭的，能講清楚的，但是由于任何事物都可以有不同的抽象層次，對(duì)于技術(shù)來說也是如此，筆者堅(jiān)信Don Box那句its all about perspective的名言，因此我們來稍微探索一下AES的內(nèi)容工作原理，為理解認(rèn)證加密打下基礎(chǔ)。
AES算法也提供了多個(gè)版本，其中包括：AES-128（秘鑰的長度是126bit，也就是16bytes），AES-192(秘鑰長度24bytes)，以及AES-256（秘鑰長度32bytes）。不同秘鑰長度不出所料的意味著不同的加密安全強(qiáng)度，簡(jiǎn)單粗暴的說法就是：秘鑰越長，越安全。結(jié)合筆者在前邊文章介紹的內(nèi)容，一般我們需要最少保證128bit的安全，因此AES-128是最為常用的版本。
日常的項(xiàng)目中我們經(jīng)常會(huì)聽到bit安全（bit security），這個(gè)術(shù)語通常用來描述加密算法的安全強(qiáng)度。舉個(gè)例子，AES-128可以提供128bit的安全強(qiáng)度，也就是惡意攻擊者需要嘗試2^128次方次，才有機(jī)會(huì)將密文還原成明文。
注：在安全領(lǐng)域，bit security中的數(shù)字，比如128bit，說的是上限，因?yàn)榇嬖赽irthday bound，彩虹表，攻擊統(tǒng)計(jì)分析等手段，因此惡意攻擊者一般可能不需要進(jìn)行2^128次方就能得手，這是最壞情況。那么聰明的你肯定會(huì)問，有沒有上限？這就取決于安全體系了，比如說流程安全。筆者最近遇到的一個(gè)真實(shí)的場(chǎng)景是，將數(shù)據(jù)庫連接信息通過AES-128算法加密放到配置文件中，項(xiàng)目組覺得很安全，提供了幾乎不可能被竊取的安全保障。但是你有沒有想過，解密這個(gè)數(shù)據(jù)庫字符串的秘鑰放哪里呢？對(duì)不起項(xiàng)目組直接寫代碼里了。安不安全大家考慮一下，這就類似于門上掛著20w售價(jià)的5斤大鎖，而鑰匙就掛載把手上。
2的128次方具體有多大，找個(gè)計(jì)算機(jī)算一下（還需要好一點(diǎn)的，一般計(jì)算器很快就約等于了），結(jié)果是340282366920938463463374607431768211456，這個(gè)數(shù)字具體怎么念，筆者也不是很清楚。但是由于筆者是計(jì)算機(jī)專業(yè)人士，我知道的是2的128次方是2的127次方的兩倍，按照這邏輯，我們看看稍微小點(diǎn)的2的100次方，大概是1268萬億億次，這個(gè)數(shù)字具體如何類比，但是網(wǎng)上有個(gè)初中的奧數(shù)題，一起來感受一下這個(gè)神奇的數(shù)字。
題目為假設(shè)有一張可以充分折疊，厚度為0.1毫米的紙（讀者可以想象為辦公室隨處可見的A4紙），在不計(jì)除了紙張之外任何厚度的情況下（比如對(duì)著后，我們假設(shè)對(duì)這面可以充分的貼合，沒有空隙），那么將其對(duì)折N次后，對(duì)折后的厚度為h=2^N*0.1mm。咱就這么對(duì)折，有幾個(gè)數(shù)據(jù)非常的有意思：1，對(duì)折10次之后，就是1分米，小學(xué)生用的尺子的長度；2，對(duì)折25次后，大概是3355米，已經(jīng)把五岳壓腳下了；3，對(duì)折35次后，厚度大約是3436，已經(jīng)快離開大氣層了；4，對(duì)折50次，厚度達(dá)到了1.1億千米，來回火星一次；5，激動(dòng)人心的時(shí)刻到了，對(duì)折100次以后，就是12676500000000000000000千米，換個(gè)單位就是134億光年，宇宙大爆炸到現(xiàn)在的全部時(shí)間也就是137億年，使得光從這張折疊紙的頂端到到我們的眼睛中。
上邊的這些討論主要想給大家一個(gè)直觀的關(guān)于128bit加密強(qiáng)度的類比，可以看到這個(gè)數(shù)字非常大，但是筆者還是要強(qiáng)調(diào)，安全是個(gè)體系的概念，光靠加密128bit，就算是512bit，秘鑰隨便寫在安全人員的筆記本上，胡亂扔在桌子上的話，和采用8bit沒有啥太大的區(qū)別（8bit只需要最多32次嘗試，就可能破解密文）。
從抽象的角度看，AES-128算法可以有如下描述：
1，AES算法接收一個(gè)變長的秘鑰
2，輸入的待加密文本為128bit
3，加密后輸出的密文也為128bit長
從上邊的描述可以看出，AES算法加密的明文信息為定長，我們也稱這種加密算法為block cipher。在加密算法領(lǐng)域，的確存在接受變長輸入數(shù)據(jù)的算法，筆者會(huì)在后續(xù)的文章中詳細(xì)介紹。
在解密階段，AES通過相同的秘鑰，把密文（128bit）的信息還原成明文。AES能夠?qū)崿F(xiàn)加密和解密，特別是解密的特性的一個(gè)很重要的原理是：AES具備數(shù)學(xué)上的確定性特征（deterministic），通過對(duì)信息進(jìn)行加密后，一定能夠解密出來原文。因?yàn)楣饪醇用埽B我們自己都可以設(shè)計(jì)一套機(jī)密性很高的加密算法，但是要保證機(jī)密性的同時(shí)還需要保證可解密，這就需要高深的數(shù)學(xué)知識(shí)了。
從數(shù)學(xué)的角度來看，AES這樣的block cipher加密算法（使用秘鑰），也稱作數(shù)組變換，或者排列組合計(jì)算。數(shù)組變化具體來說，就是將所有的輸入數(shù)據(jù)”變換“成密文（ciphertext），而key（秘鑰）的核心作用是定會(huì)有了mapping（變換）的規(guī)則。這就意味著當(dāng)我們更換了秘鑰，整個(gè)變化規(guī)則發(fā)生了變化，因此加密的后的密文也會(huì)發(fā)生變化。從密文的角度，通過這個(gè)key（定義了mapping關(guān)系），來將密文映射回原始的明文數(shù)據(jù)。如下圖所示的AES加密過程示意圖：
如上圖所示，AES-128加密過程本質(zhì)上就是數(shù)組變換，從左邊的輸入（數(shù)組集合）變換到右邊的數(shù)組集合。當(dāng)然我們不會(huì)把所有的從左邊到右邊的變換都列出來，因?yàn)橛?的128次方種可能。因此設(shè)計(jì)了AES算發(fā)，本質(zhì)上AES的工作原理就是上邊的組合變換，通過一個(gè)隨機(jī)的key來定義變換的mapping關(guān)系。AES提供的這種特性也叫偽隨機(jī)置換（pseudorandom permutations）。
到現(xiàn)在為止我們描述還是宏觀層面的AES工作原理，接下來我們深入一層，從AES的內(nèi)部視角，看看加密和解密的過程是如何具體執(zhí)行的。首先，AES在計(jì)算之前，會(huì)將128bit的輸入，也就是16字節(jié)的數(shù)據(jù)變成4乘4的字節(jié)矩陣，如下圖所示：
如上圖所示，數(shù)據(jù)會(huì)被轉(zhuǎn)換成這樣的一個(gè)4*4的矩陣。接著AES算法計(jì)算密文會(huì)迭代多次，最終計(jì)算出最后的密文，如下圖所示：
上圖沒有畫出秘鑰，主要是為了清晰起見，讀者需要注意這個(gè)細(xì)節(jié)的缺失。每個(gè)round function使用的round key是不同的，那么這個(gè)key從哪里來呢？AES算法中，會(huì)通過一種叫key scheduler的機(jī)制來從秘鑰派生出round key。這種機(jī)制下，我們傳統(tǒng)上稱AES為對(duì)稱加密就不太準(zhǔn)確了，因?yàn)閷?shí)際上加密的秘鑰是一種隨機(jī)生成的round key。
讓我們把目光聚焦到這個(gè)神奇的灰色box上，你肯定很想知道這個(gè)box內(nèi)部的工作原理，我們接下來就來說說。round function的核心職責(zé)就是將輸入的bytes進(jìn)行狀態(tài)變換（mix，transform），并且AES中，round function主要有四個(gè)子功能：SubBytes，ShiftRows，MixColunmns，以及AddRoundKey。對(duì)于這幾個(gè)方法的詳細(xì)介紹我們就不展開了，主要是也說的不專業(yè)，不過任何一本關(guān)于AES的書籍中，都會(huì)有這四個(gè)方法的詳細(xì)介紹。
從解密的角度看，這四個(gè)方法的前三個(gè)很容易進(jìn)行逆向操作，而最后一個(gè)需要一個(gè)round key才能逆向操作，如下圖所示：
如上圖所示，AES提供的四個(gè)子函數(shù)會(huì)被用在整個(gè)加密的流程中，并且每個(gè)方法都可可逆，要不然解密無從談起啊。大家注意最后一步的符號(hào)，這里需要進(jìn)行異或操作。
Round函數(shù)具備應(yīng)該被執(zhí)行多少次取決于我們對(duì)安全強(qiáng)度的訴求，來防止信息泄露。舉個(gè)例子，如果我們的round函數(shù)調(diào)用的次數(shù)為3的話，那么AES-128版本很容易就會(huì)遭受total breaks攻擊（通過大量的計(jì)算來破解秘鑰）。通過多次的迭代調(diào)用round function，輸入的明文會(huì)被轉(zhuǎn)換成和完全不想關(guān)的密文。并且如果明文哪怕是發(fā)生一個(gè)bit的變化，密文的輸出也會(huì)完全不一樣，來防止統(tǒng)計(jì)攻擊等風(fēng)險(xiǎn)。
注：在真實(shí)的項(xiàng)目上，我們選擇合適的加密算法一般從安全強(qiáng)度，加密長度，性能等的角度來評(píng)估，安全強(qiáng)度和長度強(qiáng)先關(guān)，我們就不細(xì)說了。而性能和硬件有關(guān)，比如主流的CPU廠商Intel和AMD提供了AES-NI指令，來在硬件級(jí)別提供對(duì)AES加解密的支持。
關(guān)于AES的工作原理，其實(shí)還有一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題沒有討論：如果輸入數(shù)據(jù)的長度不足128bit，該如何處理？這是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)問題的原因是大部分待加密的數(shù)據(jù)都不可能正好是128bit的整數(shù)倍，因此我們需要某種機(jī)制來解決當(dāng)長度不夠的時(shí)候，如何處理。你肯定會(huì)脫口而出：padding，這個(gè)筆者在哈希算法的時(shí)候詳細(xì)的解釋過。
不過AES提供了兩種模式，一種是padding，另外一種叫AES操作模式（mode of operation）的機(jī)制。我們來舉個(gè)實(shí)際的例子，假設(shè)我們有一些信息需要加密，我們可以按16bytes長度對(duì)原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行切分，但是最后剩下的部分不夠16bytes，我們可以給最后一部分補(bǔ)充一些數(shù)據(jù)，來讓它正好16bytes長。
雖然說這個(gè)原理很好理解，很快你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，選擇什么數(shù)據(jù)會(huì)很重要，因?yàn)槲覀冊(cè)诮饷艿臅r(shí)候，還需要可逆。有些同學(xué)可能直接會(huì)想到，補(bǔ)0不就行了。其實(shí)補(bǔ)0是有問題的，因?yàn)樵诮?jīng)過AES的加密處理后，首先這些補(bǔ)充的0可能不是0了，另外我們也不知道具體的邊界在哪里，無法解密。
針對(duì)這個(gè)問題，RSA公司在1990年就提出了一種稱作是PKCS#7的padding機(jī)制。PKCS#7機(jī)制的原理很簡(jiǎn)單：用具體需要padding長度來填充不足16bytes部分。如果字符串剛好能夠基于16bytes等分，那么就在的字符串后邊增加一個(gè)額外的16bytes數(shù)據(jù)塊，這樣在解密的時(shí)候，只需要對(duì)最后一個(gè)字節(jié)，然后把這個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)長度的數(shù)據(jù)抹掉就是原來的數(shù)據(jù)長度。
不得不說這個(gè)算法太精妙了，大家可以體會(huì)一下，特別是我們需要通過分隔符的場(chǎng)景，可以考慮這種方案，特別是分隔符可能出現(xiàn)在原始數(shù)據(jù)中的場(chǎng)景。如下圖所示：
如上圖所示，我們通過PKCS#7機(jī)制提供的padding功能，解決了長度不夠16bytes的問題。不過在高興之前，我們來聊聊AES這種加密機(jī)制的一個(gè)缺陷。AES-128算法這種將輸入數(shù)據(jù)切分為16bytes長度來進(jìn)行加密計(jì)算的方式也稱作：ECB（electronic codebook）操作模式。由于AES算法的加密必須滿足數(shù)學(xué)的確定性，因此我們?nèi)绻麑?duì)相同的輸入數(shù)據(jù)加密兩次來此，得到的結(jié)果完全一致。這在安全上是好事，反過來看也是壞事：加密后的密文呈現(xiàn)出固定的可重復(fù)模式。
從加密原理的角度，這看起來不算太大的問題，但是加密結(jié)果有固定的模式是一個(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)楣潭Ｊ交蚨嗷蛏贂?huì)泄漏原始數(shù)據(jù)的某些特征。關(guān)于這個(gè)問題業(yè)界最著名的案例就是ECB penguin，如下圖所示：
從上圖中我們看到了啥？對(duì)原始的企鵝圖片進(jìn)行加密后，我們還是很容易認(rèn)識(shí)到，這就是一個(gè)企鵝圖片，這顯然是有問題的。為了解決這個(gè)問題，AES提供了一種叫CBC（cipher block chaining）的模式，在原始的block cipher之上，增加了一個(gè)叫IV（initialization vector)初始化變量的參數(shù)，來提供更強(qiáng)的隨機(jī)性，消除模式。
大家應(yīng)該不難想到，IV的長度在AES-128版本上也是16bytes長，并且很明顯這也是秘鑰，因此也必須提供足夠的隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性。具體的變化叫就是128bit（16bytes）的數(shù)據(jù)在進(jìn)行加密之前，會(huì)先和IV進(jìn)行異或操作，而這個(gè)IV必須在加密之前隨機(jī)產(chǎn)生。這種方式有效的解決了相同的輸入數(shù)據(jù)模式的問題，因?yàn)槊恳粔K數(shù)據(jù)在和IV進(jìn)行異或操作之后，會(huì)完全不一樣，消除了模式。
第一塊數(shù)據(jù)處理完之后，如果有超過126bit的后續(xù)數(shù)據(jù)需要加密，那么前一個(gè)128bit產(chǎn)生的密文，會(huì)和第二塊128bit的數(shù)據(jù)先進(jìn)行異或操作，然后再進(jìn)行round founction加密操作，這樣初始輸入的IV就可以繼續(xù)為第二個(gè)數(shù)據(jù)塊的加密注入隨機(jī)性，以此類推。筆者需要再次強(qiáng)調(diào)的是，IV必須和秘鑰一樣，隨機(jī)，不可預(yù)測(cè)。下圖是CBC加密模式的流程：
加密的過程理解清楚后，我們來看看具體解密的過程。由于在加密的時(shí)候使用了這個(gè)IV（可以看成另外一個(gè)秘鑰），那么解密的時(shí)候，也需要這個(gè)IV，具體的解密過程從原理上就是加密的逆向操作，由于IV的隨機(jī)性，因此信息傳遞的過程中會(huì)具備很強(qiáng)的安全性，如下圖所示：
在加密的過程中引入某個(gè)隨機(jī)變量來提升強(qiáng)度是一張非常通用的做法。原理很簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際的項(xiàng)目中，IV的選擇是造成安全隱患的主要原因。IV必須足夠的安全，主要體現(xiàn)在唯一性，隨機(jī)性和不可預(yù)知性上。因此很多加密實(shí)現(xiàn)框架上，直接在后臺(tái)把IV給去掉了，框架自己生成，而不是讓用戶輸入（這又再次證明，人才是整個(gè)系統(tǒng)最不安全的因素）。
注：當(dāng)IV的選擇出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，比如說IV容易被預(yù)測(cè)(用電話號(hào)碼，名字的品應(yīng)，郵箱地址等)，那么黑客就可以利用著名的BEAST攻擊，通過瀏覽器的漏洞來攻擊TLS協(xié)議。
好了，關(guān)于認(rèn)證加密的第一部分就這么多了，雖然說我們尚未涉足認(rèn)證加密，但是希望大家通過這篇文章能對(duì)AES， AES CBC模式有更加全面的理解，為理解（下）的內(nèi)容打好基礎(chǔ)。在結(jié)束本章的內(nèi)容之前，不知道大家是否發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，即便是通過AES-CBC這種模式，仍然存在安全風(fēng)險(xiǎn)？具體是什么，我們下篇文章來解答，敬請(qǐng)期待！
