MODOS DE OPERACIÓN DE AES

Un cifrador por bloques no es un cifrador

AES por sí solo únicamente sabe transformar un bloque de 16 bytes bajo una llave de 16 bytes. Para cifrar cualquier cosa más larga — una frase, una imagen, un archivo de gigabytes — hace falta un modo de operación: una receta que dice cómo alimentar varios bloques a la misma permutación y cómo pegar entradas y salidas entre sí.

Esta práctica implementa cinco modos clásicos del NIST sobre AES-128 puro:

Modo	¿Usa IV?	Padding	Paralelizable cif / desc
ECB	no	PKCS#7	sí / sí
CBC	sí	PKCS#7	no / sí
CFB	sí	ninguno	no / sí
OFB	sí	ninguno	no / no
CTR	sí (contador)	ninguno	sí / sí

Los modos

ECB — Electronic Code Book

C_i = AES_K(P_i)
P_i = AES_K^{-1}(C_i)

Cada bloque se cifra de forma independiente. Bloques de texto plano iguales producen bloques cifrados iguales — carga el workspace con un bitmap plano y verás cómo la imagen original se filtra a simple vista.

CBC — Cipher Block Chaining

C_0 = AES_K(P_0 ⊕ IV)
C_i = AES_K(P_i ⊕ C_{i-1})
P_i = AES_K^{-1}(C_i) ⊕ C_{i-1}

El texto plano se XOR-ea con el bloque cifrado anterior antes de cifrarse, así dos bloques planos iguales ya no dan el mismo cifrado. El descifrado es paralelizable (cada P_i solo necesita C_i y C_{i-1}); el cifrado es estrictamente secuencial.

CFB — Cipher Feedback

C_i = P_i ⊕ AES_K(C_{i-1})       con C_{-1} = IV
P_i = C_i ⊕ AES_K(C_{i-1})

AES se usa siempre en dirección de cifrado, incluso al descifrar — útil cuando el hardware solo acelera una dirección. CFB convierte a AES en un cifrador de flujo auto-sincronizable; no requiere padding porque el último bloque parcial se XOR-ea byte a byte contra el keystream.

OFB — Output Feedback

O_0 = AES_K(IV)
O_i = AES_K(O_{i-1})
C_i = P_i ⊕ O_i

El keystream O_i no depende del mensaje — el mismo par (K, IV) produce siempre el mismo keystream. Esto hace a OFB simétrico (cifrar = descifrar) pero también frágil: reutilizar un IV con la misma llave revela el XOR de los dos textos planos.

CTR — Counter

KS_i = AES_K(IV + i)
C_i  = P_i ⊕ KS_i

El IV se interpreta como un contador big-endian de 128 bits y se incrementa por bloque. CTR es completamente paralelizable en ambas direcciones y es la base de los modos AEAD modernos como GCM. Esta implementación sigue los vectores de prueba NIST SP 800-38A — pégalos en el workspace y obtendrás el cifrado publicado byte por byte.

Manejo de llaves

El workspace acepta la llave AES-128 de dos formas:

• Hex crudo — exactamente 32 caracteres hex. El botón “Aleatorio” usa el CSPRNG del navegador (window.crypto.getRandomValues).
• Frase — derivada con PBKDF2-HMAC-SHA256, sal hex opcional, iteraciones configurables, salida de 16 bytes. La llave derivada se muestra en hex para que puedas verificar exactamente qué entra a AES.

El IV/nonce siempre se proporciona como hex crudo (32 chars) y se aleatoriza igual.

Padding

ECB y CBC requieren una longitud múltiplo de 16. Usamos PKCS#7: se añaden N copias del byte N donde N = 16 − (len mod 16). Aun cuando el texto plano ya esté alineado, se agrega un bloque completo de bytes 0x10 para que el des-padding sea inambiguo. CFB, OFB y CTR aceptan cualquier longitud — el último bloque parcial se XOR-ea contra el keystream truncado, sin padding.

El pingüino ECB — modo “contenedor de imagen”

El workspace tiene un toggle “preservar contenedor de imagen (solo BMP)”. Cuando está activado, el archivo se parsea como BMP: los primeros bfOffBits bytes (header + tabla opcional de color) pasan sin cambios y solo se cifra el arreglo de píxeles. ECB/CBC cambian a un modo preservador de longitud (sin PKCS#7 — los últimos <16 bytes pasan sin cifrar), así el número de bytes no cambia y el resultado sigue siendo un BMP válido.

Cifra un bitmap plano con ECB y la silueta original se filtra directamente en el ciphertext — la clásica imagen del pingüino Tux. Cambia a CBC, CFB, OFB o CTR con un IV nuevo y el mismo archivo se convierte en ruido uniforme. Ese contraste visual es la demostración: ECB preserva la estructura, los otros cuatro la ocultan.

Nombres de archivo

El workspace etiqueta el nombre de salida para que un archivo lleve su propia historia:

• Cifrar → imagen_eCBC.png
• Descifrar → imagen_eCBC_dCBC.png

Si haces ida y vuelta del mismo archivo verás ambas etiquetas en orden.

Notas de seguridad

• Nunca uses ECB para datos reales. La semántica de tabla de búsqueda expone la estructura del mensaje.
• Nunca reutilices un par (IV, llave) en CTR, OFB o CFB — dos mensajes cifrados con el mismo keystream filtran P_1 ⊕ P_2.
• Ninguno de estos modos provee integridad. Para autenticación hace falta un MAC adicional o un esquema AEAD (GCM, CCM, ChaCha20-Poly1305).
• Todo corre en tu navegador. Abre la pestaña de red durante una corrida — no sale nada.