1 简介背景

什么是分组加密（Block Cipher）

分组加密是一种对称加密算法，其核心特征是：

将明文按**固定长度的分组（block）**进行加密，每一组在同一密钥控制下，通过可逆变换生成等长密文。

常见分组长度：

64 bit（已逐步淘汰）

128 bit（现代标准）

2 分组加密的核心特点

• 1 固定长度分组

明文被切分成固定长度块（如 AES 的 128 bit）

最后一块不足时需要填充（Padding）

PKCS#7

ISO/IEC 7816-4

Zero Padding

影响：
分组长度直接决定安全边界（生日攻击复杂度）

• 2 同一明文块 ≠ 同一密文（取决于模式）

算法本身是确定性的

是否“随机化”取决于工作模式（Mode of Operation）

ECB ❌（会暴露结构）

CBC / CTR / GCM ✔

• 3 高度非线性 & 可逆

基于：

代换（Substitution）

置换（Permutation）

混淆（Confusion）

扩散（Diffusion）

加密与解密严格可逆

• 4 安全性可形式化分析

分组加密通常满足或逼近：

PRP（伪随机置换）

PRF（伪随机函数）

这是现代密码协议（TLS、IPsec、SSH）的基础

• 5 不直接用于长数据（需配合模式）

单独的分组加密算法：

❌ 不适合直接加密大文件

✔ 必须与分组模式组合使用

3 还有哪些加密方式

• 1 流加密（Stream Cipher）

核心思想 生成密钥流，与明文异或
代表算法 RC4（已弃用）、ChaCha20
优点 低延迟、无需填充
缺点 对 nonce/IV 极其敏感

适用场景：实时通信、移动设备

• 2 公钥加密（非对称加密）

密钥 公钥 / 私钥
代表 RSA、ElGamal、ECC
优点 解决密钥分发问题
缺点 性能慢

实际用途：只用于密钥交换或签名，不加密大数据

• 哈希函数（不是加密，但常被混淆）

是否可逆 ❌
代表 SHA-256、SM3
用途 校验、签名、口令存储

• 混合加密（工程实践）

非对称加密 + 对称分组加密

现实世界几乎全部采用

  TLS

  HTTPS

  VPN

  云存储

4 分组加密的经典算法

• AES（Advanced Encryption Standard）

分组长度 128 bit
密钥长度 128 / 192 / 256
结构 SPN
地位 全球事实标准

优点

安全性高

有硬件加速（AES-NI）

广泛审计

• DES / 3DES（历史）

DES：56-bit 密钥 ❌（已破解）

3DES：安全但性能差，已弃用

• SM4（中国国密）
  特点 说明
  分组 128 bit
  密钥 128 bit
  应用 金融、政务

• Camellia（日本）

与 AES 同级安全性

在某些合规体系中使用

• Blowfish / Twofish（学术&历史）

Twofish：AES 最终候选算法

实际应用较少

5 分组加密的典型使用场景

1️⃣ 网络安全协议

TLS / HTTPS

SSH

IPsec

2️⃣ 存储加密

磁盘（BitLocker、FileVault）

数据库透明加密

3️⃣ 应用层数据保护

Token

Cookie

API Payload

4️⃣ 密钥派生 & PRF

KDF

随机数扩展

6 小结

** 分组加密最大的优点是：**

在性能、安全性、可证明性和工程可控性之间取得了最优平衡

具体拆解为：

    1️⃣ 比公钥快几个数量级
    2️⃣ 比流加密更容易分析和组合
    3️⃣ 可构建安全证明（PRP/PRF）
    4️⃣ 适用场景极广，生态成熟
    5️⃣ 支持硬件加速，能跑到线速

分组加密是现代密码工程的“承重墙”

• 国密合规（等保 / 密评）推荐配置

以下内容完全贴合目前主流密评实践（通信 / 存储 / 应用系统）。

1 密评（GM/T 0054）重点检查项
常见被打回的点（非常重要）

    ❌ 使用 ECB
    ❌ IV 固定 / 可预测
    ❌ GCM 中 Nonce 重复
    ❌ CTR 无 MAC
    ❌ SM4-CBC 无完整性保护
    ❌ 密钥硬编码

2 官方推荐“黄金组合”

** 通信系统（最稳妥）**

密钥协商：SM2
加密算法：SM4-GCM
摘要认证：SM3（内置）

** 嵌入式 / 物联网**

SM2 + SM4-CCM + SM3

** 存储系统 / 数据库**

数据页加密：SM4-XTS
密钥保护：SM2 / 密码机

3 密评文档中常用表述（可直接用）

“系统采用 SM4-GCM 工作模式实现数据机密性与完整性保护，
随机生成 96 位 Nonce，确保每次加密唯一性，
符合 GM/T 0002、GM/T 0003、GM/T 0054 要求。”