Tea加密算法和XxTea加密算法

TEA（Tiny Encryption Algorithm）是一种小型的对称加密解密算法，支持128位密码，与BlowFish一样TEA每次只能加密/解密8字节数据。TEA特点是速度快、效率高，实现也非常简单。由于针对TEA的攻击不断出现，所以TEA也发展出几个版本，分别是XTEA、Block TEA和XXTEA。

TEA加密和解密时都使用一个常量值，这个常量值为0x9e3779b，这个值是近似黄金分割率，注意，有些编程人员为了避免在程序中直接出现"mov 变量，0x9e3779b"，以免被破解者直接搜索0x9e3779b这个常数得知使用TEA算法，所以有时会使用"sub 变量，0x61C88647"代替"mov 变量，0x9e3779b"，0x61C88647=－(0x9e3779b)。

TEA算法每一次可以操作64bit(8byte)，采用128bit(16byte)作为key，算法采用迭代的形式，推荐的迭代轮数是64轮，最少32轮。

标准的16轮运算TEA，如果要改成标准的32轮运算TEA，只需修改code和decode中的n为32，并将decode中的delta左移4位改成左移5位即可。

C#的实现代码：

public static class Tea
    {

        public static byte[] Encrypt(byte[] data, byte[] key)
        {

            byte[] dataBytes;
             == )
            {
                dataBytes = data;

            }
            else
            {
                dataBytes = ];
                Array.Copy(data, , dataBytes, , data.Length);
                dataBytes[data.Length] = 0x0;

            }
            ];
            uint[] formattedKey = FormatKey(key);
            ];
            ; i < dataBytes.Length; i += )
            {
                tempData[] = dataBytes[i];
                tempData[] = dataBytes[i + ];
                code(tempData, formattedKey);
                Array.Copy(ConvertUIntToByteArray(tempData[]), , result, i * , );
                Array.Copy(ConvertUIntToByteArray(tempData[]), , result, i *  + , );
            }
            return result;
        }

        public static byte[] Decrypt(byte[] data, byte[] key)
        {
            uint[] formattedKey = FormatKey(key);
            ;
            ];
             * ];
            ; i < data.Length; i += )
            {
                tempData[] = ConvertByteArrayToUInt(data, i);
                tempData[] = ConvertByteArrayToUInt(data, i + );
                decode(tempData, formattedKey);
                dataBytes[x++] = (];
                dataBytes[x++] = (];
            }
            //修剪添加的空字符
            ] == 0x0)
            {
                ];
                Array.Copy(dataBytes, , result, , dataBytes.Length - );
            }
            return dataBytes;

        }

        static uint[] FormatKey(byte[] key)
        {
            )
                throw new ArgumentException("Key must be between 1 and 16 characters in length");
            ];
            )
            {
                Array.Copy(key, , refineKey, , key.Length);
                ; k++)
                {
                    refineKey[k] = 0x20;
                }
            }
            else
            {
                Array.Copy(key, , refineKey, , );
            }
            ];
            ;
            ; i < refineKey.Length; i += )
                formattedKey[j++] = ConvertByteArrayToUInt(refineKey, i);
            return formattedKey;
        }
        #region Tea Algorithm
        static void code(uint[] v, uint[] k)
        {
            ];
            ];
            ;
            uint delta = 0x9e3779b9;
            ;
            )
            {
                sum += delta;
                y += (z << ) + k[] ^ z + sum ^ (z >> ) + k[];
                z += (y << ) + k[] ^ y + sum ^ (y >> ) + k[];
            }
            v[] = y;
            v[] = z;
        }

        static void decode(uint[] v, uint[] k)
        {
            ;
            uint sum;
            ];
            ];
            uint delta = 0x9e3779b9;
            /*
            * 由于进行16轮运算，所以将delta左移4位，减16次后刚好为0.
            */
            sum = delta << ;
            )
            {
                z -= (y << ) + k[] ^ y + sum ^ (y >> ) + k[];
                y -= (z << ) + k[] ^ z + sum ^ (z >> ) + k[];
                sum -= delta;
            }
            v[] = y;
            v[] = z;
        }
        #endregion

        private static byte[] ConvertUIntToByteArray(uint v)
        {
            ];
            result[] = (byte)(v & 0xFF);
            result[] = () & 0xFF);
            result[] = () & 0xFF);
            result[] = () & 0xFF);
            return result;
        }

        private static uint ConvertByteArrayToUInt(byte[] v, int offset)
        {
             > v.Length) ;
            uint output;
            output = (uint)v[offset];
            output |= (] << );
            output |= (] << );
            output |= (] << );
            return output;
        }
    }

XTEA 跟 TEA 使用了相同的简单运算，但它采用了截然不同的顺序，为了阻止密钥表攻击，四个子密钥（在加密过程中，原 128 位的密钥被拆分为 4 个 32 位的子密钥）采用了一种不太正规的方式进行混合，但速度更慢了。在跟描述 XTEA 算法的同一份报告中，还介绍了另外一种被称为 Block TEA 算法的变种，它可以对 32 位大小任意倍数的变量块进行操作。该算法将 XTEA 轮循函数依次应用于块中的每个字，并且将它附加于它的邻字。该操作重复多少轮依赖于块的大小，但至少需要 6 轮。该方法的优势在于它无需操作模式（CBC，OFB，CFB 等），密钥可直接用于信息。对于长的信息它可能比 XTEA 更有效率。在 1998 年，Markku-Juhani Saarinen 给出了一个可有效攻击 Block TEA 算法的代码，但之后很快 David J. Wheeler 和 Roger M. Needham 就给出了 Block TEA 算法的修订版，这个算法被称为 XXTEA。XXTEA 使用跟 Block TEA 相似的结构，但在处理块中每个字时利用了相邻字。它利用一个更复杂的 MX 函数代替了 XTEA 轮循函数，MX 使用 2 个输入量。

如果加密字符串长度不是 4 的整数倍，则这些实现的在加密后无法真正还原，还原以后的字符串实际上与原字符串不相等，而是后面多了一些 \0 的字符，或者少了一些 \0 的字符。原因在于 XXTEA 算法只定义了如何对 32 位的信息块数组（实际上是 32 位无符号整数数组）进行加密，而并没有定义如何来将字符串编码为这种数组。而现有的实现中在将字符串编码为整数数组时，都丢失了字符串长度信息，因此还原出现了问题。

C#的实现代码：

using System;

class XXTEA
{
    public static Byte[] Encrypt(Byte[] Data, Byte[] Key)
    {
        )
        {
            return Data;
        }
        return ToByteArray(Encrypt(ToUInt32Array(Data, true), ToUInt32Array(Key, false)), false);
    }
    public static Byte[] Decrypt(Byte[] Data, Byte[] Key)
    {
        )
        {
            return Data;
        }
        return ToByteArray(Decrypt(ToUInt32Array(Data, false), ToUInt32Array(Key, false)), true);
    }

    public static UInt32[] Encrypt(UInt32[] v, UInt32[] k)
    {
        Int32 n = v.Length - ;
        )
        {
            return v;
        }
        )
        {
            UInt32[] Key = ];
            k.CopyTo(Key, );
            k = Key;
        }
        UInt32 z = v[n], y = v[], delta = , e;
        Int32 p, q =  +  / (n + );
        )
        {
            sum = unchecked(sum + delta);
            e = sum >>  & ;
            ; p < n; p++)
            {
                y = v[p + ];
                z =  ^ y << ) + (y >>  ^ z << ) ^ (sum ^ y) + (k[p &  ^ e] ^ z));
            }
            y = v[];
            z =  ^ y << ) + (y >>  ^ z << ) ^ (sum ^ y) + (k[p &  ^ e] ^ z));
        }
        return v;
    }
    public static UInt32[] Decrypt(UInt32[] v, UInt32[] k)
    {
        Int32 n = v.Length - ;
        )
        {
            return v;
        }
        )
        {
            UInt32[] Key = ];
            k.CopyTo(Key, );
            k = Key;
        }
        UInt32 z = v[n], y = v[], delta = 0x9E3779B9, sum, e;
        Int32 p, q =  +  / (n + );
        sum = unchecked((UInt32)(q * delta));
        )
        {
            e = sum >>  & ;
            ; p--)
            {
                z = v[p - ];
                y =  ^ y << ) + (y >>  ^ z << ) ^ (sum ^ y) + (k[p &  ^ e] ^ z));
            }
            z = v[n];
            y = ] -= (z >>  ^ y << ) + (y >>  ^ z << ) ^ (sum ^ y) + (k[p &  ^ e] ^ z));
            sum = unchecked(sum - delta);
        }
        return v;
    }
    private static UInt32[] ToUInt32Array(Byte[] Data, Boolean IncludeLength)
    {
        Int32 n = (((Data.Length & ) == ) ? (Data.Length >> ) : ((Data.Length >> ) + ));
        UInt32[] Result;
        if (IncludeLength)
        {
            Result = ];
            Result[n] = (UInt32)Data.Length;
        }
        else
        {
            Result = new UInt32[n];
        }
        n = Data.Length;
        ; i < n; i++)
        {
            Result[i >> ] |= (UInt32)Data[i] << ((i & ) << );
        }
        return Result;
    }
    private static Byte[] ToByteArray(UInt32[] Data, Boolean IncludeLength)
    {
        Int32 n;
        if (IncludeLength)
        {
            n = (Int32)Data[Data.Length - ];
        }
        else
        {
            n = Data.Length << ;
        }
        Byte[] Result = new Byte[n];
        ; i < n; i++)
        {
            Result[i] = (Byte)(Data[i >> ] >> ((i & ) << ));
        }
        return Result;
    }
}