EAX模式

EAX 模式（encrypt-then-authenticate-then-translate[1] ）是一种分组密码工作模式。它是一种带有关联数据的认证加密 ( AEAD ) 算法，旨在通过两遍方案同时提供消息的认证和隐私（认证加密），一次用于实现隐私，另一遍用于每个块的真实性。

EAX 模式于 2003 年 10 月 3 日提交给 NIST，以取代CCM作为标准 AEAD 工作模式，因为 CCM 模式缺乏 EAX 的一些重要属性且更加复杂。

加密与认证

表示 EAX 下加密的图表。消息为M，密钥为K，认证头为H，随机数为N，密文为C，认证标签为T。

EAX 是一种灵活的，使用随机数的两遍 AEAD 方案，对要使用的块密码原语和分组大小没有限制，并且支持任意长度的消息。身份验证标签长度可以任意调整，最多可达所使用的密码的块大小。

分组密码原语在CTR 模式下用于加密，并作为OMAC通过 EAX 组合方法对每个块进行身份验证，这可以视作是被称为 EAX2 的更通用算法的特殊情况，这也在EAX 操作模式[2]中进行了描述。 [3]

上述论文中的参考实现使用 AES-CTR进行加密，并结合 AES OMAC 进行身份验证。

性能

作为一种两遍方案，EAX 模式比基于相同原语的精心设计的单遍方案略慢一些。

EAX 模式有几个理想的特性，特别是：

• 可证明安全性（取决于底层加密算法的安全性）；
• 最小化消息扩展，开销仅限于标签长度；
• 使用CTR模式意味着密码只需为了加密而实现，简化了某些密码的实现（这对于硬件实现来说是极其理想的特性）；
• 该算法是“在线”的，这意味着可以使用常量内存处理数据流，无需预先知道总数据长度；
• 该算法可以预处理静态关联数据（Associated Data, AD），这对于通信会话参数的加解密很有用（其中会话参数可以代表关联数据）。

值得注意的是，CCM 模式缺少最后 2 个属性（CCM 能够处理关联数据，但无法进行预处理）。

专利状况

EAX 模式的作者Mihir Bellare 、 Phillip Rogaway和David Wagner将该作品直接公开，并表示他们不知道涉及该技术的任何专利。因此，EAX 操作模式被认为是免费且不受任何使用限制的。

用途

EAX 模式的修改版（所谓的EAX'或 EAXprime）用于ANSI C12.22标准中，用于通过网络传输基于仪表的数据。 2012 年，Kazuhiko Minematsu、 Stefan Lucks 、Hiraku Morita 和 Tetsu Iwata 发表了一篇论文，证明了消息长于密钥的模式的安全性，但演示了使用该模式对短消息进行的简单攻击。作者表示，他们不清楚ANSI C12.22 协议是否易受攻击。 [4] [5]

参见

• 带有关联数据的验证加密（AEAD）、认证加密（AE）
• CCM模式
• 计数器模式（CTR）
• One-key MAC（英语：One-key MAC）（One-key MAC，OMAC）

参考

1. Bellare, M.; Rogaway, P.; Wagner, D. EAX: A Conventional Authenticated-Encryption Mode. IACR. 2003-09-09 [2017-08-15]. （原始内容存档于2024-04-16）. 
2. Bellare, Mihir; Rogaway, Phillip; Wagner, David. The EAX Mode of Operation (A Two-Pass Authenticated Encryption Scheme Optimized for Simplicity and Efficiency). Fast Software Encryption (FSE) 2004. April 2003 [2017-08-15]. （原始内容存档于2023-04-21）. 
3. Bellare, Mihir; Rogaway, Phillip; Wagner, David. The EAX Mode of Operation (A Two-Pass Authenticated Encryption Scheme Optimized for Simplicity and Efficiency). Fast Software Encryption (FSE) 2004. April 2003 [2017-08-15]. （原始内容存档于2023-04-21）. 
4. Minematsu, Kazuhiko; Lucks, Stefan; Morita, Hiraku; Iwata, Tetsu. Attacks and Security Proofs of EAX-Prime. IACR. 2013-05-14 [2017-08-15]. （原始内容存档于2023-12-06）. 
5. NEC security evaluation report on EAXprime (Letter). Letter to. 2012-01-14. （原始内容使用|archiveurl=需要含有|url= (帮助)存档于2013-03-02）.  Via Public Comments, Block Cipher Modes, csrc.nist.gov, archived 2012-05-03.

外部链接

• NIST：分组密码模式 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• 对 CCM 的批评 （页面存档备份，存于互联网档案馆）（2003 年 2 月）

软件实施

• C++：Brian Gladman 博士的加密库实现 EAX 操作模式 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Pascal / Delphi：Wolfgang Ehrhardt 的加密库实现 EAX 操作模式 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Java：BouncyCastle 加密库实现 EAX 操作模式 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• C: libtomcrypt 实现 EAX 操作模式 （页面存档备份，存于互联网档案馆）

硬件实现