Cipher Block Chaining Mode

Cipher Block Chaining Mode (CBC) ist eine Betriebsart, in der Blockchiffrierungsalgorithmen arbeiten.

Vor dem Verschlüsseln eines Klartextblocks wird dieser erst mit dem im letzten Schritt erzeugten Geheimtextblock per XOR (exklusives Oder) verknüpft.

Die Verschlüsselung ist im CBC-Modus rekursiv definiert:

${\begin{matrix}&C_{0}&=&IV&\\\forall \left(i\in \mathbb {N} ^{+}\right):\left(\right.&C_{i}&=&E_{K}(P_{i}\oplus C_{i-1})&\left.\right)\end{matrix}}$

Die zugehörige Entschlüsselung ist im CBC-Modus hingegen nicht rekursiv:

${\begin{matrix}&C_{0}&=&IV&&\\\forall \left(i\in \mathbb {N} ^{+}\right):\left(\right.&P_{i}&=&D_{K}(C_{i})\oplus C_{i-1}&&\left.\right)\\\forall \left(i\in \mathbb {N} ^{+}\right):\left(\right.&C_{i}&=&E_{K}(P_{i}\oplus C_{i-1})&=E_{K}(D_{K}(C_{i})\oplus C_{i-1}\oplus C_{i-1})&\left.\right)\end{matrix}}$

Hierbei ist $E_{K}$ die Verschlüsslungsfunktion mit dem Schlüssel $K$ , $D_{K}$ ist die zugehörige Entschlüsselungsfunktion. $P_{i}$ bezeichnet den i. Klartextblock, $C_{i}$ den i. Geheimtextblock, $IV$ ist der Initialisierungsvektor. $\oplus$ bezeichnet das logische XOR.

Als Initialisierungsvektor (IV) benutzt man

entweder einen Zeitstempel
oder eine zufällige Zahlenfolge.
Manche Anwendungen (z.B. dm-crypt) benutzen auch eine vorhersagbare, einfach aufsteigende Zahl, aber dies ist nicht sicher, weil fremde Personen unerwünscht einen watermark attack auf solche Daten ausführen können.

Wenn man diesen Initialisierungsvektor geheim überträgt, trägt es nicht zur Sicherheit des Algorithmus bei.

Der CBC-Mode hat einige wichtige Vorteile:

Klartextmuster werden zerstört.
Jeder Geheimtextblock hängt von allen vorherigen Klartextblöcken ab.
Identische Klartextblöcke ergeben unterschiedliche Geheimtexte.
Verschiedene Angriffe (Time-Memory-Tradeoff und Klartextangriffe) werden erschwert.

Obwohl ein Geheimtextblock von allen vorherigen Blöcken abhängt, verursacht ein beschädigter Geheimtextblock beim Entschlüsseln keinen allzugroßen Schaden, denn es werden nur der betroffene Klartextblock und der darauffolgende Klartextblock unlesbar. Dies ist unmittelbar aus der Definition der Entschlüsselung ersichtlich, da ein beschädigter Geheimtextblock $C_{i}$ nur die Klartextblöcke $P_{i}$ und $P_{i+1}$ beeinflusst. Genauso verursacht ein beschädigter Initialisierungsvektor beim Entschlüsseln keinen allzugroßen Schaden, da dadurch nur der Klartextblock $P_{1}$ beschädigt wird.

Dennoch ist der CBC-Modus viel sicherer als der ECB-Modus, vor allem wenn man keine zufälligen Texte hat. Unsere Sprache und andere Dateien, wie z. B. Video-Dateien, sind keinesfalls zufällig, weswegen der ECB-Mode im Gegensatz zum CBC-Mode Gefahren birgt.

Siehe auch: Blockchiffre

Weblinks

Literaturhinweis

Abenteuer Kryptologie von Reinhard Wobst, ISBN 3-8273-1815-7