Counter Mode

Counter Mode (CTR) ist eine Betriebsart in der Blockchiffren betrieben werden können, um daraus eine Stromchiffre zu erzeugen. Hierbei wird ein erzeugter Geheimtextblock mittels XOR-Operation mit dem Klartext kombiniert.

Allgemeines

Die Besonderheit des Counter Mode im Vergleich zu anderen Betriebsarten, stellt die Tatsache dar, dass der Initialisierungsvektor hier aus einer Nonce verknüpft mit einem Zähler besteht, der mit jedem weiterem Block hochgezählt wird. Die Verknüpfung kann z.B. durch Konkatenation, Addition oder XOR erfolgen.

Verschlüsselung

Hierbei wird mittels eines Initialisierungsvektors und eines Schlüssels eine Chiffre produziert. Diese wird im Anschluss mittels einer XOR-Operation mit dem Klartext kombiniert. Daraus entsteht der Geheimtext.

$C_i=M_i \oplus E(ctr_i,K)$

Entschlüsselung

Umgekehrt geschieht dies bei der Entschlüsselung. Hierbei werden der Zähler und der Schlüssel zu einer Chiffre kombiniert und anschließend mittels einer XOR-Operation auf den Geheimtext angewandt, so dass der Klartext erzeugt wird.

$M_i=C_i \oplus E(ctr_i,K)$

Vorteile

• Die Vorteile des OFB-Modus gegenüber CBC, CFB und anderen Modi, welche klartextabhängige Daten für den nächsten Block weiterverwenden kommen auch hier zu tragen:
  • Bitfehler bei der Übertragung ergeben Fehler bei nur den entsprechenden Bits des Klartextes (anstatt einen ganzen Block bzw. eventuell sogar einen weiteren Block unbrauchbar zu machen)
  • Verschlüsselung und Entschlüsselung sind identisch, daher können hier auch Einwegfunktionen verwendet werden
  • Der Schlüssel-Strom kann vorausberechnet werden.
• Im Gegensatz zum OFB-Modus aber hängt der Schlüssel für einen Block nicht vom Schlüssel für den vorherigen Block ab, daher:
  • hat man hier wahlfreien Zugriff auf jeden verschlüsselten Block und
  • sämtliche Ver- und Entschüsselungsoperationen können parallel durchgeführt werden.

Anwendungsgebiete

• In ZIP-Archiven in Kombination mit AES.

Literatur

• Claudia Eckert: IT-Sicherheit. 5. Auflage. 2008, ISBN 978-3-486-58270-3.

Betriebsmodi von Blockchiffren

ECB • CBC • CFB • OFB • CTR