暗号理論入門 4.8.1

暗号理論入門 原書第3版

4.8 ブロック暗号のモード

4.8.1 ECBモード(electronic codebook mode)

アルファベットが でブロック長が であるブロック暗号を考える。
鍵空間を とし、 に対して、暗号化関数を とし復号化関数を とする。

ECBモードでは任意の長さの平文は長さ のブロックに分けられている。鍵 の適用により長さ の各ブロックは関数 により暗号化される。復号化は に対応する鍵をもつ復号化関数 を適用する。

C++で書いてみる。byteごとの置換で、ブロック長は4byte、鍵は にした。

#include <iostream>

class ECB {
public:
    ECB(int* key, const int block_len) : BLOCK_LEN(block_len) {
        mKey = new int[BLOCK_LEN];
        for (int i = 0; i < BLOCK_LEN; ++i) {
            mKey[i] = key[i];
        }
    }

    ~ECB() {
        delete[] mKey;
    }

    std::string Encrypt(std::string& t) {
        // padding last block.
        int remain = t.size() % BLOCK_LEN;
        for (int i = 0; i < BLOCK_LEN - remain; ++i) {
            t += ' ';
        }

        std::string e = t;
        int block_num = e.size() / BLOCK_LEN;
        for (int i = 0; i < block_num; ++i) {
            for (int c = 0; c < BLOCK_LEN; ++c) {
                e[mKey[c] + i * BLOCK_LEN] = t[c + i * BLOCK_LEN];
            }
        }

        return e;
    }

    std::string Decrypt(std::string& t) {
        std::string p = t;
        int block_num = p.size() / BLOCK_LEN;
        for (int i = 0; i < block_num; ++i) {
            for (int c = 0; c < BLOCK_LEN; ++c) {
                p[c + i * BLOCK_LEN] = t[mKey[c] + i * BLOCK_LEN];
            }
        }

        return p;
    }

private:
    const int BLOCK_LEN;
    int* mKey;
};

int main(void) {
    int key[4] = {1, 3, 0, 2};
    ECB* ecb = new ECB(key, 4);

    std::string p = "Hello World! block cipher ECB mode.";
    std::cout << "p   : " << p << std::endl;

    std::string e = ecb->Encrypt(p);
    std::cout << "enc : " << e << std::endl;

    p = ecb->Decrypt(e);
    std::cout << "dec : " << p << std::endl;

    delete ecb;

    return 0;
}

実行結果

$ ./ecb 
p   : Hello World! block cipher ECB mode.
enc : lHleWoo dr!ll ob cckhiepErC mBo .d e
dec : Hello World! block cipher ECB mode. 

（char単位の置換だから平文が丸見えだ…次はbit単位でやってみるか）

ECBモードは、同一の平文ブロックは同一の暗号文ブロックに暗号化されるため、平文の規則性が暗号文の規則性となって現れる。
攻撃者は同じ鍵で暗号化された暗号文を書き込むことで、情報を書き換えることができる。また、暗号文ブロックの順序も変えることができる。そのため、ECBモードは長い文書の暗号に向かない。