密码库LibTomCrypt学习记录——（2.10）分组密码算法的工作模式——CTR模式

CTR是对序列号加密后与明文或者密文异或。这种方式被后面的很多工作模式所采用。

参考文献

1. NIST SP 800-38A

1. CTR加解密

CTR加密

记每个块用到的计数器为T1，T2，Tn，要求每个计数器值各不相同

Oj = CIPHK(Tj) for j = 1, 2 … n;

Cj = Pj ⊕ Oj for j = 1, 2 … n-1;

C*n = P*n ⊕ MSBu(On).

 

CTR解密

Oj = CIPHK(Tj) for j = 1, 2 … n;

Pj = Cj ⊕ Oj for j = 1, 2 … n-1;

P*n = C*n ⊕ MSBu(On).

 

 

图 1 CTR模式

1. LibTomCrypt与CTR

 LibTomCrypt中与CTR相关的信息如下：

typedef struct {

int cipher;                     

int blocklen;

int padlen;

int mode; // 计数器是按大端还是小端存放的，计数器加1时需要

int ctrlen; // 目前让计数器长度和算法的分组大小一样                

unsigned char ctr[MAXBLOCKSIZE],       // 自增计数器                     

unsigned char pad[MAXBLOCKSIZE]; // 计数器对应的被加密后的值

   symmetric_key key;                    // 扩展密钥

} symmetric_CTR;

 

 

int ctr_start( int cipher, const unsigned char *IV, const unsigned char *key,  int keylen, int num_rounds, int ctr_mode, symmetric_CTR *ctr);

int ctr_encrypt(const unsigned char *pt, unsigned char *ct, unsigned long len, symmetric_CTR *ctr);

int ctr_decrypt(const unsigned char *ct, unsigned char *pt, unsigned long len, symmetric_CTR *ctr);

int ctr_getiv(unsigned char *IV, unsigned long *len, symmetric_CTR *ctr);

int ctr_setiv(const unsigned char *IV, unsigned long len, symmetric_CTR *ctr);

int ctr_done(symmetric_CTR *ctr);

int ctr_test(void);

 

 

注意

按照RFC3686，被加密的Counter Block应该是以下格式

Counter Block(128bit) = Nonce(32bit) || IV(64bit) || BlockCounter(32bit)

BlockCounter为大端表示，从1开始，此后循环累加1。

而程序中为简化操作，采用如下简单格式

Counter Block(128bit) = IV(128bit)

大端或小端均可。Counter Block每次使用前会加1。

 

 

详细说明

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int ctr_start( int cipher, const unsigned char *IV, const unsigned char *key,  int keylen, int num_rounds, int ctr_mode, symmetric_CTR *ctr)

// [功能]   CTR模式初始化

1. cipher      // [输入] 密码算法索引值
2. IV           // [输入] 初始化向量（长度为密码算法分组大小）
3. Key              // [输入] 密钥
4. keylen      // [输入] 密钥长度（字节）
5. num_rounds  // [输入] 密码算法轮数（建议设置为0，以使用算法默认轮数）
6. ctr_mode // [输入] CTR模式(IV大端还是小端表示，是否采用RFC3686)
7. ctr           // [输出] CTR状态，含扩展密钥及相关信息

// [步骤]

1. 调用密码算法的setup（）做密码扩展

2. 调用密码算法的ecb_encrypt()对计数器ctr进行加密

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int ctr_encrypt(const unsigned char *pt, unsigned char *ct, unsigned long len, symmetric_CTR *ctr);

// [功能]   CTR加密

1. pt           // [输入] 明文
2. ct            // [输出] 密文
3. len          // [输入] 明文密文长度
4. ctr           // [输出] CTR状态，含扩展密钥及相关信息

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int ctr_decrypt(const unsigned char *ct, unsigned char *pt, unsigned long len, symmetric_CTR *ctr);

// [功能]   CTR解密（CTR解密即加密）

1. ct            // [输出] 密文
2. pt           // [输入] 明文
3. len          // [输入] 明文密文长度
4. ctr           // [输出] CTR状态，含扩展密钥及相关信息

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int ctr_done(symmetric_CTR *ctr);

// [功能]   反初始化（最好能销毁敏感信息）

1. ctr           // [输入/输出] CTR状态，含扩展密钥及相关信息

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int ctr_test(void);

// [功能]   测试函数

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int ctr_getiv(unsigned char *IV, unsigned long *len, symmetric_CTR *ctr);

// [功能]   获取IV

1. IV           // [输出] 初始化向量
2. len          // [输出] 初始化向量长度
3. ctr           // [输入] CTR状态，含扩展密钥及相关信息

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int ctr_setiv(const unsigned char *IV, unsigned long len, symmetric_CTR *ctr);

// [功能]   设置IV

1. IV           // [输出] 初始化向量
2. len          // [输出] 初始化向量长度
3. ctr           // [输入] CTR状态，含扩展密钥及相关信息

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