Ich denke, es ist einfacher, dies in seine Bestandteile aufzuteilen und sie als separate Einheiten zu betrachten: AES und CBC.

AES selbst besteht nicht "im Grunde aus dem XOR-Zusammenfügen von Blöcken des Blocks" - es ist eine viel kompliziertere Angelegenheit. AES ignoriert die Interna für einen Moment und gilt als sicher, da es ohne Kenntnis des Schlüssels praktisch unmöglich ist, den Klartext oder Informationen über den Klartext wiederherzustellen, wenn nur ein verschlüsselter Block vorhanden ist, oder sogar in Situationen, in denen Sie Teile davon erhalten den Klartext und Sie müssen den Rest finden. Ohne den Schlüssel könnte AES genauso gut eine Einwegfunktion sein (und es gibt MAC-Schemata, die darauf angewiesen sind!). Die technischen Details rund um die Sicherheit von AES und ähnlichen Blockchiffren zu diskutieren, ist äußerst aufwändig und kann in einer Antwort nicht behandelt werden. Es genügt jedoch zu sagen, dass Tausende von Kryptographen sich seit fast zwei Jahrzehnten damit befasst haben und niemand etwas entfernt Praktisches gefunden hat Bedingungen eines Angriffs.

Das oben veröffentlichte Diagramm beschreibt CBC. Blockchiffren wie AES sollen sicher sein, um einen Block mit einem geheimen Schlüssel zu verschlüsseln. Das Problem ist, dass wir selten nur einen Block verschlüsseln wollen, sondern einen Datenstrom unbestimmter Länge. Hier kommen Blockmodi wie CBC ins Spiel.

Blockmodi zielen darauf ab, Chiffren für die Verschlüsselung mehrerer Blöcke mit demselben Schlüssel sicher zu machen. Der einfachste Blockmodus ist die EZB, die diesbezüglich keine Sicherheit bietet. Bei der EZB wird jeder Block unabhängig mit demselben Schlüssel verschlüsselt, ohne dass zwischen den Blöcken Daten eingespeist werden. Dadurch werden Informationen auf zwei Arten verloren: Erstens, wenn Sie zwei identische Klartextblöcke haben, erhalten Sie zwei identische Chiffretextblöcke, wenn Sie denselben Schlüssel verwenden. Zweitens erhalten Sie zwei identische Chiffretext-Streams für zwei Verschlüsselungen derselben Nachricht mit demselben Schlüssel. Dies ist ein Problem, da hier Informationen zum Klartext verloren gehen.

CBC löst dieses Problem durch Einführung eines "Kaskaden" -Effekts. Jeder Klartextblock wird mit dem vorherigen Chiffretextblock xoriert, was dazu führt, dass ursprünglich gleiche Klartextblöcke im Verschlüsselungsschritt nicht mehr gleich sind, wodurch keine gleichen Chiffretextblöcke mehr erzeugt werden. Für den ersten Klartextblock gibt es keinen vorherigen Chiffretextblock (Sie haben noch nichts verschlüsselt), und hier kommt die IV ins Spiel. Überlegen Sie sich für einen Moment, was passieren würde, wenn wir anstelle einer IV nur Nullen verwenden würden der -1-te Block (d. h. der imaginäre Chiffretextblock "vor" dem ersten Klartextblock). Während der Kaskadeneffekt dazu führen würde, dass gleiche Klartextblöcke unterschiedliche Chiffretextblöcke erzeugen, würde dieselbe gesamte Nachricht jedes Mal auf dieselbe Weise kaskadieren, was zu einem identischen Chiffretext führt, wenn dieselbe vollständige Nachricht mehrmals mit demselben Schlüssel verschlüsselt wird. Die IV löst dies. Wenn Sie eine eindeutige IV auswählen, sind keine zwei Chiffretexte gleich, unabhängig davon, ob die zu verschlüsselnde Klartextnachricht jedes Mal gleich oder unterschiedlich ist.

Dies sollte Ihnen hoffentlich helfen, zu verstehen, warum die IV nicht funktioniert. Ich muss nicht geheim sein. Das Wissen um die IV bringt nirgendwo einen Angreifer, da die IV nur dazu dient, die Ungleichheit der Chiffretexte sicherzustellen. Der geheime Schlüssel schützt die tatsächlichen Daten.

Um dies noch weiter zu betonen, benötigen Sie nicht einmal die IV, um alle bis auf den ersten Block zu entschlüsseln. Der Entschlüsselungsprozess für CBC funktioniert umgekehrt: Entschlüsseln Sie einen Block mit dem geheimen Schlüssel und xor das Ergebnis mit dem vorherigen Chiffretextblock. Mit Ausnahme des allerersten Blocks kennen Sie den vorherigen Chiffretextblock (Sie haben den Chiffretext), sodass bei der Entschlüsselung nur der Schlüssel bekannt ist. Der einzige Fall, in dem Sie die IV zur Entschlüsselung benötigen, ist der allererste verschlüsselte Block, bei dem der vorherige Chiffretextblock imaginär ist und durch die IV ersetzt wird.

Nein, da der Schlüssel geheim ist.

Der Block "Blockverschlüsselung" im Diagramm verschlüsselt die Daten abhängig vom Schlüssel. Das XOR im Diagramm bietet nicht die Sicherheit, die Verschlüsselung jedoch. Das XOR und das IV sollen nur sicherstellen, dass für jeden Block derselbe Klartext als unterschiedlicher Chiffretext verschlüsselt wird.

Alle modernen Verschlüsselungsmethoden (AES, Blowfish usw.) sind wesentlich sicherer als erwartet. Lassen Sie uns kurz einige Angriffe betrachten, gegen die solche Chiffren resistent sind.

Bekannter Klartextangriff - In diesem Fall gehen wir davon aus, dass der Angreifer Zugriff auf viele Klartextblöcke sowie entsprechende verschlüsselte Chiffretextblöcke hat unter einem bestimmten Schlüssel K. Sein Ziel ist es, K zu finden.

Ausgewählter Klartextangriff - In diesem Fall nehmen wir an, dass der Angreifer viele Klartextblöcke auswählen und die entsprechenden Chiffretextblöcke unter einem bestimmten Schlüssel verschlüsseln kann K. Sein Ziel ist es, K zu finden.

Ausgewählter Chiffretext-Angriff - In diesem Fall nehmen wir an, dass der Angreifer viele Chiffretextblöcke auswählen kann, für die er die entsprechenden Klartextblöcke unter einem bestimmten Schlüssel K entschlüsselt bekommt Sein Ziel ist es, K zu finden.

Ausgewählter adaptiver Chiffretextangriff - In diesem Fall nehmen wir an, dass der Angreifer viele Chiffretextblöcke auswählen kann, für die er die entsprechenden Klartextblöcke unter einem bestimmten Schlüssel K entschlüsselt und dann kann er diesen Prozess mit seinem neuen Wissen wiederholen. Sein Ziel ist es, K zu finden.

Wenn in einem dieser Szenarien ein Angriff gefunden wird, der es schafft, K für eine moderne Chiffre zu erhalten, wird eine solche Chiffre für defekt erklärt und nicht weiter verwendet. Eigentlich sind die Anforderungen viel strenger. Wenn ein Angriff gefunden wird, der zeigen kann, dass Sie auch nur teilweise Informationen über K erhalten können, sagen wir, dass die Parität bereits eine große Sache ist. Oder wenn Sie zeigen können, dass Sie den Schlüssel K nicht wirklich finden können, aber deutlich besser als Brute Force (sogar 2 ^ 110 vs 2 ^ 126 werden normalerweise als publikationswürdig angesehen werden), um danach zu suchen, wird die Chiffre normalerweise für gebrochen erklärt

Fazit: Nein, Sie können den Schlüssel einer Chiffre nicht erhalten, nur weil Sie einen Klartextblock und den entsprechenden Chiffretext kennen.

Für die IV gelten dieselben Sicherheitsanforderungen wie für die verschlüsselten Blöcke.

Damit CBC funktioniert, müssen Sie die unverschlüsselten Daten im aktuellen Block mit den verschlüsselten Daten des vorherigen Blocks XOR-verknüpfen. Da es vor dem ersten Block keinen Block gibt (so dass kein verschlüsselter Block erhalten werden kann), wird stattdessen eine IV verwendet.

Erzählen wir ein Gleichnis! Hier sind die Teilnehmer:

1. Alice, der Absender
2. Bob, der Empfänger
3. Eve, der Lauscher
4. Jake, Eves hoffnungslos wenig hilfreiche Assistentin
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Alice sendet eine verschlüsselte Nachricht an Bob. Eva fängt den Chiffretext ab und versucht ihn zu entschlüsseln. Um ihr zu "helfen", wirft Jake 128 Mal eine faire Münze, schreibt seine Ergebnisse auf, codiert sie als Hexadezimalzahl und gibt sie an Eve weiter: 1eff4bb16388e2ee263eb5a8a2bf56b1 . Eve ist verwirrt darüber, aber Jake besteht darauf, dass die Ergebnisse dieser zufälligen Münzwürfe ihr helfen, Alices Botschaft zu entschlüsseln.

Würden Sie nicht denken, dass Jake völlig verrückt ist? Die Ergebnisse von Jakes 128 Münzwürfen haben nichts mit dem Klartext der Nachricht zu tun, die Alice Bob gesendet hat, oder mit dem Schlüssel, mit dem sie sie verschlüsselt hat. Eve kann also unmöglich etwas über den Klartext der Nachricht aus Jakes Münzwürfen lernen!

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Und deshalb muss der IV für CBC-Modus nicht geheim sein. CBC erfordert für jede Verschlüsselung eine zufällige IV. Die IVs sind daher völlig unkorreliert mit den Klartexten oder den Schlüsseln; Die Kenntnis der IV enthüllt also keine Informationen über den Klartext.

Der verwendete Initialisierungsvektor ist eine Zufallszahl, die auch als Nonce bezeichnet wird und in Kombination mit einem geheimen Schlüssel die Originaldaten vollständig unlesbar macht. Die Daten werden beim ersten XOR mit Klartextdaten randomisiert. Zusätzliche Verschlüsselung mit geheimen Schlüsseln erschwert das Lesen noch mehr. Daher muss IV im Wesentlichen nicht geheim sein, da die Verschlüsselung mit einem geheimen Schlüssel die erforderliche Geheimhaltung bietet. Auch die Daten in der verschlüsselten Datei können in AES-CBC nicht erraten werden, da sie in viele Verschlüsselungsrunden gehen.