tea加密算法及其变种的研究

tea

介绍

"TEA" 的全称为"Tiny Encryption Algorithm" 是1994年由英国剑桥大学的David j.wheeler发明的.

TEA算法也算是微型加密算法

在安全学领域，TEA（Tiny Encryption Algorithm）是一种分组加密（CBC）算法，它的实现非常简单，通常只需要很精短的几行代码。

分组加密（CBC）加密

CBC模式的加密方式是通过一个初始向量（IV）先和明文分组第一组异或后使用秘钥K加密，作为第一组密文，同时又与后一分组的明文异或后进行加密产生下一组密文，依次重复。

其解密和加密是对称的，密文先解密，再异或。

其特点如下：

明文有一组中有错，会使以后的密文组都受影响，但经解密后的恢复结果，除原有误的一组外，其后各组明文都正确地恢复。
解密时，有一组秘钥错误，该错误会影响下一分组相同位置的解密
若在传送过程中，某组密文组出错时，则该组恢复的明文和下一组恢复数据出错。再后面的组将不会受中错误比特的影响

加密图及实现

tea加密至少需要两个数据，通常为64位8字节，同时需要一个delta值，delta每次迭代倍增，一般为0x9E3779B9，有一个128位密钥，一般分为4个32位密钥，每组加密一般进行32轮迭代。

C语言实现

void Encrypt(long* EntryData, long* Key)
{
//分别加密数组中的前四个字节与后4个字节,4个字节为一组每次加密两组
unsigned long x = EntryData[0];
unsigned long y = EntryData[1];
 
unsigned long sum = 0;//迭代器
unsigned long delta = 0x9E3779B9;//delta值
//总共加密32轮
for (int i = 0; i < 32; i++)
{
sum += delta;//delata倍增
x += ((y << 4) + Key[0]) ^ (y + sum) ^ ((y >> 5) + Key[1]); y += ((x << 4) + Key[2]) ^ (x + sum) ^ ((x >> 5) + Key[3]);
}
//最后加密的结果重新写入到数组中
EntryData[0] = x;
EntryData[1] = y;
}

xtea

最大的不同在于，xtea的sum第一次加密为0，subkey的取值方式为sum中的两个二进制位，一般一个是最后两个，一个是左移11位在取得的

void encipher(unsigned int num_rounds//迭代次数, uint32_t v[2]//明文, uint32_t const key[4])//密钥 {
unsigned int i;
uint32_t v0=v[0], v1=v[1], sum=0, delta=0x9E3779B9;
for (i=0; i < num_rounds; i++) {
v0 += (((v1 << 4) ^ (v1 >> 5)) + v1) ^ (sum + key[sum & 3]);
sum += delta;//注意于tea的区别
v1 += (((v0 << 4) ^ (v0 >> 5)) + v0) ^ (sum + key[(sum>>11) & 3]);
}
v[0]=v0; v[1]=v1;
}

xxtea

相比xtea与tea，xxtea的复杂度更上了一层，subkey的方式变为已进行的轮数的最后两位与delta叠加的最后两位相异或，delta迭代与tea相同

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
 
#define DELTA 0x9e3779b9
#define MX (((z>>5^y<<2) + (y>>3^z<<4)) ^ ((sum^y) + (key[(p&3)^e] ^ z)))
 
void xxtea(uint32_t* v, int n, uint32_t* key)
{
    uint32_t y, z, sum;
    unsigned p, rounds, e;
 
    if (n > 1)             // encrypt
    {
        rounds = 6 + 52/n;
        sum = 0;
        z = v[n-1];
        do
        {
            sum += DELTA;
            e = (sum >> 2) & 3;
            for (p=0; p<n-1; p++)
            {
                y = v[p+1];
                z = v[p] += MX;
            }
            y = v[0];
            z = v[n-1] += MX;
        }
        while (--rounds);
    }
    else if (n < -1)      // decrypt
    {
        n = -n;
        rounds = 6 + 52/n;
        sum = rounds * DELTA;
        y = v[0];
        do
        {
            e = (sum >> 2) & 3;
            for (p=n-1; p>0; p--)
            {
                z = v[p-1];
                y = v[p] -= MX;
            }
            z = v[n-1];
            y = v[0] -= MX;
            sum -= DELTA;
        }
        while (--rounds);
    }
}
 
// test
int main()
{
    // 两个32位无符号整数，即待加密的64bit明文数据
    uint32_t v[2] = {0x12345678, 0x78563412};
    // 四个32位无符号整数，即128bit的key
    uint32_t k[4]= {0x1, 0x2, 0x3, 0x4};
    //n的绝对值表示v的长度，取正表示加密，取负表示解密
    int n = 2;
 
    printf("Data is : %x %x\n", v[0], v[1]);
    xxtea(v, n, k);
    printf("Encrypted data is : %x %x\n", v[0], v[1]);
    xxtea(v, -n, k);
    printf("Decrypted data is : %x %x\n", v[0], v[1]);
 
    return 0;
}