前言
最近一段时间，一直在和PostgreSQL国际社区合作开发透明数据加密（Transparent data encryption），研究了一些密码学相关的知识，并利用这些知识和数据库相结合。本系列共分为3篇文章，将分别介绍加密算法（不同和性能对比），密钥管理和PG中的TDE。而在开发TDE过程中，大家首先讨论如何选择加密算法，在这里先和大家聊一下加密算法。
一、加密算法选择
常用加密目前主要有流式加密、分组加密、公钥加密三种。首先分析一下三种加密方式：
流式加密的特性是，密钥长度与明文数据长度一致，而这在数据库中是难以实现的，所以在这不考虑。
公钥加密是最大的优势在于分为公私密钥，公钥是可以公开的，这就降低了密钥管理的问题，但是其加密性能太差，分组加密算法是公钥加密的几百倍，所以在此也不进行考虑。分组加密是目前主流的加密算法，性能最优，应用最广。
而当前国际公认的分组加密算法是AES。 下面我们简单介绍一下AES。 分组加密算法，首先需要分组，AES的加密长度为128bits，也就是说16 bytes。 拥有3种密钥长度，128，192以及256。 AES拥有5种加密模式：ECB mode: Electronic Code Book mode，电子密码本模式 CBC mode: Cipher Block Chaining mode，密码分组链表模式 CFB mode: Cipher FeedBack mode，密文反馈模式 OFB mode: Output FeedBack mode，输出反馈模式 CTR mode: Counter mode，计数器模式
二、5种模式的加密流程
1.ECB mode
a. 加密：
b. 解密：
c. 过程：
将明文进行分组，以16字节为一组；
使用相同的密钥进行加密明文；
得到密文；
逆向则解密。
2.CBC mode
a. 加密：
b. 解密：
c. 过程：
将明文进行分组，以16字节为一组；
初始化16字节长度的IV（Initialization Vector，向量）；
使用IV和明文进行异或；
使用相同的密钥加密步骤iii的结果；
得到密文；
使用密文作为下一次加密时与明文进行异或的数据；
逆向则解密。
3.CFB mode
a. 加密：
b. 解密：
c. 过程：
i. 将明文进行分组，以16字节为一组；
初始化16字节长度的IV；
使用相同的密钥进行加密IV；
使用加密后的IV和明文进行异或；
得到密文；
使用密钥加密密文，与一下次的明文进行异或，重复iv，v，vi；
逆向则解密。
4.OFB mode
a. 加密：
b. 解密：
c. 过程：
将明文进行分组，以16字节为一组；
初始化16字节长度的IV；
使用密钥加密IV；
使用加密后的IV对明文异或；
在此使用密钥加密步骤iii结果，重复步骤iv和v，直至完成整个明文加密；
逆向则解密。
5.CTR mode
a. 加密：
b. 解密：
c. 过程：
将明文进行分组，以16字节为一组；
初始化计数器，要求所有计数为唯一值；
使用密钥加密计数；
使用加密后的计数和明文异或；
得到密文；
重复步骤iii，iv，v；
逆向则解密。
三、5种模式的异同
上述阐述了5种mode的加密过程，由此不同的加密过程，则产生异同点：
1.ECB mode
简单；快速；支持并行计算
明文中的重复排列会反映在密文中；通过删除、替换密文分组可以对明文进行操作；对保护某些比特错误的密文进行解密时，对应的分组会出错；不能抵御重放攻击（National Institute of Standards and Technology）不推荐使用
2.CBC mode
明文中的重复排列不会反映在密文中；支持并行解密；能够解密任意明文分组
对包含某些错误比特的密文进行解密时，第一个分组的全部比特以及后一个分组的相应比特会出错；加密不支持并行计算
3.CFB mode
不需要填充；支持并行解密；能够解密任意明文分组
加密不支持并行计算；对包含某些错误比特的密文进行解密时，第一个分组的全部比特以及后一个分组的相应比特会出错；不能抵御重放攻击
4.OFB mode
不需要填充；可事先进行加密和解密的准备；加密、解密使用相同结构；对某些包含错误比特的密文进行解密时，只有明文中相应的比特会出错
不支持并行计算；主动攻击者反转密文分组中的某些比特时，明文分组中对应的别特也会被反转
5.CTR mode
不需要填充；可事先进行加密和解密的准备；加密、解密使用相同结构；对某些包含错误比特的密文进行解密时，只有明文中相应的比特会出错；支持并行计算
主动攻击者反转密文分组中的某些比特时，明文分组中对应的别特也会被反转
四、5种模式的加解密效率
加密：
解密：
下期预告
下篇文章将关于密钥管理、密钥生成、密钥保存、密钥交换和密钥轮转。
