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TEA XTEA XXTEA 学习笔记
[1.0]TEA加密算法
在密码学中，微型加密算法（Tiny Encryption Algorithm，TEA）是一种易于描述和执行的块密码，通常只需要很少的代码就可实现。 其设计者是剑桥大学计算机实验室的大卫·惠勒与罗杰·尼达姆。
[1.1]特征
-
明文：两个32位无符号整数
-
密钥：4个32位无符号整数，即密钥长度为128位
-
delta常数：一般为0x9e3779b9，取的是
\[(5-\sqrt(2))/2*232 \] -
不影响加密算法的安全性，但是可以避免一些错误。
-
置换操作
[1.2]加密过程
可以看出：是把输入分成两组，分别是v[0],v[1]，绿色方格为做加法，红色圆圈为做异或，可以看出，用密钥k[0],k[1]加密后，把两个数做一次置换，再加密一次，这样经过多轮加密以后就可以通过简单的算法把两个数变得很复杂，满足加密算法混乱和扩散的特性。
[1.3]代码实现
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
//加密函数
void encrypt (uint32_t* v, uint32_t* k) {
uint32_t v0=v[0], v1=v[1], sum=0, i;//明文
uint32_t delta=0x9e3779b9;//delta常数
uint32_t k0=k[0], k1=k[1], k2=k[2], k3=k[3];//密钥
for (i=0; i < 32; i++) {//进行32轮加密
sum += delta;
v0 += ((v1<<4) + k0) ^ (v1 + sum) ^ ((v1>>5) + k1);
v1 += ((v0<<4) + k2) ^ (v0 + sum) ^ ((v0>>5) + k3);
}//加密函数主体
v[0]=v0; v[1]=v1;//置换
}
//解密函数
void decrypt (uint32_t* v, uint32_t* k) {
uint32_t v0=v[0], v1=v[1], sum=0xC6EF3720, i;//密文，此时sum=delta*32
uint32_t delta=0x9e3779b9;
uint32_t k0=k[0], k1=k[1], k2=k[2], k3=k[3];
for (i=0; i<32; i++) {
v1 -= ((v0<<4) + k2) ^ (v0 + sum) ^ ((v0>>5) + k3);
v0 -= ((v1<<4) + k0) ^ (v1 + sum) ^ ((v1>>5) + k1);
sum -= delta;
}//解密函数主体 ，倒过来写即可
v[0]=v0; v[1]=v1;//置换
}
int main()
{
uint32_t v[2]={1,2},k[4]={2,2,3,4};
// v为要加密的数据是两个32位无符号整数
// k为加密解密密钥，为4个32位无符号整数，即密钥长度为128位
printf("加密前原始数据：%u %u\n",v[0],v[1]);
encrypt(v, k);
printf("加密后的数据：%u %u\n",v[0],v[1]);
decrypt(v, k);
printf("解密后的数据：%u %u\n",v[0],v[1]);
return 0;
}
[1.4]出题方式
- 直接给出加密算法代码然后写解密脚本
- 改变加密轮数或者delta的值，或者对delta进行操作，通过拆分或者异或等藏起来
[2.0]XTEA加密算法
XTEA是TEA的升级版，增加了更多的密钥表，移位和异或操作等等。其设计者是Roger Needham, David Wheeler。
[2.1]特征
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双整形加密，4个32位密钥，delta常数，异或运算，置换操作，和TEA类似
-
对密钥的访问和使用方法和TEA不同
[2.2]加密过程
也是分成两组，但是把密钥和sum值关联起来，使得对v[0]和v[1]加密的时候每一轮所用的密钥也不一样，增强了加密算法的安全性。其中sum[i-1]为本轮加密未加delta时的sum值，sum[i]为加上delta的sum值。
[2.3]代码实现
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
void encipher(unsigned int num_rounds, uint32_t v[2], uint32_t const key[4]) {
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;
v1 += (((v0 << 4) ^ (v0 >> 5)) + v0) ^ (sum + key[(sum>>11) & 3]);
}
v[0]=v0; v[1]=v1;
}
void decipher(unsigned int num_rounds, uint32_t v[2], uint32_t const key[4]) {
unsigned int i;
uint32_t v0=v[0], v1=v[1], delta=0x9E3779B9, sum=delta*num_rounds;
for (i=0; i < num_rounds; i++) {
v1 -= (((v0 << 4) ^ (v0 >> 5)) + v0) ^ (sum + key[(sum>>11) & 3]);
sum -= delta;
v0 -= (((v1 << 4) ^ (v1 >> 5)) + v1) ^ (sum + key[sum & 3]);
}
v[0]=v0; v[1]=v1;
}
int main()
{
uint32_t v[2]={1,2};
uint32_t const k[4]={2,2,3,4};
unsigned int r=32;//num_rounds建议取值为32
// v为要加密的数据是两个32位无符号整数
// k为加密解密密钥，为4个32位无符号整数，即密钥长度为128位
printf("加密前原始数据：%u %u\n",v[0],v[1]);
encipher(r, v, k);
printf("加密后的数据：%u %u\n",v[0],v[1]);
decipher(r, v, k);
printf("解密后的数据：%u %u\n",v[0],v[1]);
return 0;
}
[3.0]XXTEA加密算法
XXTEA，又称Corrected Block TEA，是XTEA的升级版。其设计者是Roger Needham, David Wheeler。
[3.1]特征
-
4个32位密钥，delta常数，异或运算
-
更为复杂的代码,
大雾,但是还是有规律可循的
[3.2]加密过程
下面重点解读代码逻辑(updated on 1.13)
[3.3]代码实现
#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)))
//一个混淆操作，根据密码学的扩散原理，让算法更安全，同时也是xxtea的特征之一
void xxtea(uint32_t *v, int n, uint32_t const key[4]){
uint32_t y, z, sum;
unsigned p, rounds, e;
//n是明文长度，sum对应图中的D，p对应图中的密钥下标索引，e是图中的D>>2
/* Coding Part */
if (n > 1) {
rounds = 6 + 52/n;//循环轮数
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;//本质上还是双整形加密,用v[p]和v[p+1]对v[p]加密
/*
v[p] += MX;
z = v[p];
*/
}
y = v[0];
z = v[n-1] += MX;//一轮加密的最后用v[n-1]和v[0]对v[n-1]加密
}
while (--rounds);
}
else if (n < -1)/* Decoding Part */{
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);
}
}
int main()
{
uint32_t v[2]= {1,2};
uint32_t const k[4]= {2,2,3,4};
int n= 2; //n的绝对值表示v的长度，取正表示加密，取负表示解密
// v为要加密的数据是两个32位无符号整数
// k为加密解密密钥，为4个32位无符号整数，即密钥长度为128位
printf("%#10x %#10x\n",v[0],v[1]);
xxtea(v, n, k);//n>0为加密
printf("%#10x %#10x\n",v[0],v[1]);
xxtea(v, -n, k);//n<0为解密
printf("%#10x %#10x\n",v[0],v[1]);
return 0;
}
[3.4]python调用现成模块
通过pip install xxtea-py安装后可以调用
import xxtea
text = "Hello World!"
key = "1234567890"
encrypt_data = xxtea.encrypt(text, key)
decrypt_data = xxtea.decrypt_utf8(encrypt_data, key)
print(text == decrypt_data);
参考资料：