分组密码可以按不同的模式工作，实际应用的环境不同应采用不同的工作模式。只 有这样才能既确保安全，又方便高效。

1、电码本模式ECB

电码本模式ECB（Electric Code Book）直接利用分组密码对明文的各分组进行加密。设明文M=（M1，M2，…，Mn），相应的密文C=（C1，C2…，Cn），其中

电码本方式是分组密码的基本工作模式。

（1）ECB的一个缺点是要求数据的长度是密码分组长度的整数倍，否则最后一个数据块将是短块，这时需要特殊处理。

（2）ECB方式的另一缺点是容易暴露明文的数据模式。

在计算机系统中，许多数据都具有某种固有的模式。这主要是由数据冗余和数据结构引起的。例如，各种计算机语言的语句和指令都十分有限，因而在程序中便表现为少量的语句和指令的大量重复。各种语言程序往往具有某种固定格式。数据库的记录也往往具有某种固定结构，如学生成绩数据库一定包含诸如姓名、学号和各科成绩等字段。计算机通信通常按固定的步骤和格式进行。如工作站和网络服务器之间的联络一定从LOGIN开始。如果不采取措施，根据明文相同、密钥相同，则密文相同的道理，这些固有的数据模式将在密文中表现出来。掩盖明文数据模式的有效方法有采用某种预处理技术和链接技术。

2、密码分组链接模式CBC

（1）明密文链接方式 (Plaintext and Ciphertext Block Chaining)

设明文M=（M1，M2，…，Mn），相应的密文C=（C1，C2…，Cn），而

其中Z为初始化向量。

即使Mi=Mj，但因一般都有,从而使Ci≠Cj，从而掩盖了名文中的数据模式。同样可知加密时，当Mi或Ci当中发生一位错误时，自此以后的密文全都发生错误。这种现象称为错误传播无界。

解密时有，

同样，解密时也是错误传播无界。

进一步为了使相同的报文也产生不同的密文，应当使Z随机化，每次加密均使用不同的初始化向量Z。

明密文链接的工作原理如图所示：

（2）密文链接方式

明密文链接方式具有加解密错误传播无界的特性，而磁盘文件加密通常希望解密错误传播有界，这时可采用密文链接方式。在式明密文连接方式的加解密公式中去掉参数M1，即明文不参与链接，只让密文参与链接，便成为密文链接方式。

加密时，

根据上式可知加密时，当Mi或Ci中发生一位错误时，自此以后的密文全都发生错误，同样为错误传播无界。

解密时，

而根据上式可知解密时，Ci-1发生了错误，则只影响Mi-1和Mi发生错误，其余不错，因此错误传播有界。

密文链接的工作原理如图所示：

与ECB一样，CBC的一个缺点也是要求数据的长度是密码分组长度的整数倍，否则最后一个数据块将是短块，这时需要特殊处理。

3、输出反馈模式

输出反馈工作模式将一个分组密码转换为一个密钥序列产生器。从而可以实现用分组密码按流密码的方式进行加解密。这种工作模式的安全性取决于分组密码本身的安全性。

输出反馈方式的工作原理下图所示。其中R为移位寄存器。E为分组密码，如DES、IDEA、AES、SM4等强密码，设其分组长度为n。l0为R的初始状态并称为种子，K为密钥。分组密码E把移位寄存器R的状态内容作为明文，并加密成密文。E输出的密文中最右边的s（1≤ss≤n）位作为密钥序列输出，与明文异或实现序列加密。同时，移位寄存器R左移s位，E输出中最右边的这s位又反馈到寄存器R。R的新状态内容作为E下一次加密的输入。如此继续。

解密时R和E按加密时同样的方式工作，产生出相同的密钥流，与密文异或便完成了解密。

这种工作模式将一个分组密码转换为一个序列密码。它具有普通序列密码的优缺点，如没有错误传播。设加密时mi错了一位，则只影响密文中对应一位，不影响其他位。

同样，设解密时c：错了一位，则只影响明文中对应一位，不影响其他位。

输出反馈工作模式适于加密冗余度较大的数据，如语音和图像数据，但因无错误传播而对密文的篡改难以检测。

4、密码反馈模式

密码反馈工作模式的原理与输出反馈的工作原理基本相同，如下图所示，所不同的仅仅是反馈到移位寄存器R的不是E输出中的最右s位，而是异或之后的密文ci的s位。

注意：解密时R和E按加密时同样的方式工作，结合密文，便可产生出同样的密钥流，与密文异或便完成了解密。开始时，R=I0，E的输出为E（I0，K）。把E（I0，K）

中的最右s位与密文c1异或，得到明文m1。同时把c1反馈给R，于是又可产生下一个正确的密钥流。如此继续，可完整解密。

密文反馈工作模式的错误传播情况与输出反馈工作模式不同。加密时若明文m；错了一位，则影响密文错，这一错误反馈到移位寄存器后将影响到后续的密钥序列错，导致后续的密文都错。同样，解密时若密文c；错了一位，则影响明文mi错，但密文的这一错误反馈到移位寄存器后将影响到后续的密钥序列错，导致后续的明文都错。

这种加解密都错误传播无界的特性，使得密文反馈工作模式适合数据完整性认证方面的应用。

5、CTR（Counter Mode Encryption）模式

CTR模式是Diffie和Hellman于1979年提出的，在征集AES工作模式的活动中由California 大学的Phillip Rogaway等人的推荐。

CTR模式与密文反馈工作模式和输出反馈工作模式一样，把分组密码转化为序列密码。在本质上是利用分组密码产生密钥序列，按序列密码的方式进行加解密。

设T1，T2，…，Tn-1，Tn是一给定的计数序列，M1，M2，…，Mn-1，Mn是明文，其中M1，M2，…，Mn-1是标准块，Mn的长度等于u，u小于等于分组长度。CTR的工作模式的加密过程如下：

其中MSBu（On）表示On中的高u位。

CTR的工作模式的解密过程如下：

CTR模式的优点是可并行、效率高、Oi的计算可预处理、适合任意长度的数据、加解密速度快，而且在加解密处理方式上适合随机存取数据的加解密。因此，特别适合计算机随机文件的加密，因为随机文件要求能随机地访问。这对数据库加密是有重要意义的。

CTR模式的加密算法是对合运算，加解密过程仅涉及加密运算，不涉及解密运算，因此不用实现解密算法。CTR模式的缺点是没有错误传播，因此不适合用于数据完整性认证。