AES ECB 和 CBC 模式在保護靜態數據方面的相對優點
我需要在大型機數據庫（即“靜止”）中安全地儲存數百萬支付卡號 (PCN)。我假設任何攻擊者都可以訪問所有儲存的數據。
我假設有一個安全設備可以：
- 儲存要用於所有 PCN 的唯一、恆定（“主”）密鑰
- 如有必要，儲存一個唯一的常量 IV，用於使用主密鑰進行所有加密
- 以 ECB 或 CBC 模式加密 (AES-256) 數據
- 在 ECB 或 CBC 模式下解密 (AES-256) 數據
以下可能的加密和解密選項的相對優點和缺點是什麼？：
- 在 ECB 模式下使用萬能鑰匙。我聽說/讀到這在密碼學上很弱（為什麼？）。
- 在 CBC 模式下使用萬能鑰匙和 IV。
- 在 PCN 中添加一個 16 字節、微秒或更精細的時間戳，然後在 CBC 模式下使用主密鑰和 IV。這意味著儲存一個額外的 16 字節密文塊，但這不是問題。解密時，只需丟棄生成的明文的前 16 個字節。
- （如果可用）同 (3)，但讓設備提供 16 字節的偽 IV。
- 更好的東西（請註明）
額外的榮譽解釋了對在任何這些方案下加密的大量 16 位數字的可能攻擊。
我是新手，我知道新手很容易做出普通密碼學家會覺得可笑的東西，所以請保持溫和——我只是想學習。
我把它放在這裡，而不是在 security.SE 上，因為它看起來更合適；如果你們不同意，我將不勝感激，如果你們能遷移它，而不是關閉作為題外話。
如需進一步說明，請遵循@curious 的回答：
我在這裡包含 ECB 模式的原因是它可以讓我節省一半的儲存空間。由於消息只有一個塊長，我懷疑這可能會影響反對歐洲央行的“傳統”論點。
但我有興趣了解是否存在任何特定漏洞：
- 消息的熵相對較低（1E16 種可能性的消息空間，由 PCN 校驗和減少）
- 使用固定的通用密鑰或密鑰+IV
在 ECB 模式下使用萬能鑰匙。我聽說/讀到這在密碼學上很弱（為什麼？）。
我在這裡包含 ECB 模式的原因是它可以讓我節省一半的儲存空間。由於消息只有一個塊長，我懷疑這可能會影響反對歐洲央行的“傳統”論點。
因為任何相同的明文都將加密為相同的密文值。除非每個明文只加密一次，否則在密鑰的整個生命週期內，您都會洩露有關明文的資訊。
對於任何真正希望保持其密文安全的密碼系統來說，ECB 模式應該是不可能的。
在 CBC 模式下使用萬能鑰匙和 IV。
這必須更好，但仍然很弱。但是，您必須使用與密碼相同塊大小的**加密隨機IV （AES-256 使用 128 位塊大小）。使用恆定 IV 基本上與 ECB 模式沒有區別，使用弱的、可預測的 IV 也好不了多少。
在 PCN 中添加一個 16 字節、微秒或更精細的時間戳，然後在 CBC 模式下使用主密鑰和 IV。這意味著儲存一個額外的 16 字節密文塊，但這不是問題。解密時，只需丟棄生成的明文的前 16 個字節。
您本質上是在發明自己的加密模式。這既不必要又非常危險。
更好的東西（請註明）
您幾乎肯定應該使用經過身份驗證的加密。例如，NaCl
crypto_secretbox中的函式。如果你不能使用 NaCl，你可以在 EAX 或 GCM 模式下使用 AES，或者通過Encrypt-Then-MAC來近似你自己的（使用完全獨立的密鑰計算 HMAC ；例如，與你用來執行加密的密鑰不同） . 解密時，您必須要求 HMAC 與密文和 IV 一起發送，並且您必須在嘗試解密密文之前驗證 HMAC（使用恆定時間字元串比較算法）。這樣做的重點是剝奪攻擊者執行選擇密文攻擊的能力。如果您不使用經過身份驗證的加密，並且攻擊者能夠向您發送然後解密的消息，那麼即使您不向他發送解密結果，攻擊者也幾乎可以肯定地讀取您的密文內容。這種性質的最令人擔憂的攻擊類型是CBC padding oracle 攻擊。
如果您不使用恆定時間字元串比較算法，那麼攻擊者可以偽造有效的 HMAC，從而可以執行填充預言攻擊，從而獲取您的秘密數據。
從中得出的結論應該是加密是困難的。如果可能的話，請使用像 NaCl 這樣的高級庫，它已經對密碼學做出了正確的決定，並且已經由備受尊敬的密碼學家實施。
但我有興趣了解是否存在任何特定漏洞：
- 消息的熵相對較低（1E16 種可能性的消息空間，由 PCN 校驗和減少）
- 使用固定的通用密鑰或密鑰+IV
如果您正確使用密碼學，則消息本身的熵是無關緊要的。
例如，如果您使用 ECB 模式（或 CBC 模式中的常量 IV，這在密碼學上是等效的）並且攻擊者能夠提供自己的數據進行加密，那麼您的數據與被盜一樣好。攻擊者只需列舉可能的卡號（使用校驗和或特別常見的前綴，就像大多數信用卡一樣，大大減少了搜尋空間）並比較生成的密文。
同樣，如果您使用加密，如果您希望對您希望保護的數據的安全性提供任何現實的保證，則*必須正確執行此操作。*如果可能的話，你不應該在你嘗試的級別上處理加密——這是錯誤的抽象層。使用像氯化鈉這樣的東西。