XXTEA加密算法的原理及其C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)

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在數(shù)據(jù)的加解密領(lǐng)域，算法分為對(duì)稱密鑰與非對(duì)稱密鑰兩種。對(duì)稱密鑰與非對(duì)稱密鑰由于各自的特點(diǎn)，所應(yīng)用的領(lǐng)域是不盡相同的。對(duì)稱密鑰加密算法由于其速度快，一般用于整體數(shù)據(jù)的加密，而非對(duì)稱密鑰加密算法的安全性能佳，在數(shù)字簽名領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

TEA算法是由劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的David Wheeler和Roger Needham于1994年發(fā)明，TEA是Tiny Encryption Algorithm的縮寫，以加密解密速度快，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單著稱。TEA算法每一次可以操作64bit(8byte)，采用128bit(16byte)作為key，算法采用迭代的形式，推薦的迭代輪數(shù)是64輪，最少32輪。為解決TEA算法密鑰表攻擊的問(wèn)題，TEA算法先后經(jīng)歷了幾次改進(jìn)，從XTEA到BLOCK TEA，直至最新的XXTEA。XTEA也稱做TEAN，它使用與TEA相同的簡(jiǎn)單運(yùn)算，但四個(gè)子密鑰采取不正規(guī)的方式進(jìn)行混合以阻止密鑰表攻擊。Block TEA算法可以對(duì)32位的任意整數(shù)倍長(zhǎng)度的變量塊進(jìn)行加解密的操作，該算法將XTEA輪循函數(shù)依次應(yīng)用于塊中的每個(gè)字，并且將它附加于被應(yīng)用字的鄰字。XXTEA使用跟Block TEA相似的結(jié)構(gòu)，但在處理塊中每個(gè)字時(shí)利用了相鄰字，且用擁有兩個(gè)輸入量的MX函數(shù)代替了XTEA輪循函數(shù)。本文所描述的安全機(jī)制采用的加密算法就是TEA算法中安全性能最佳的改進(jìn)版本－XXTEA算法。

XTEA算法的一輪加密過(guò)程如圖1所示：

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XXTEA算法的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，只需要執(zhí)行加法、異或和寄存的硬件即可，且軟件實(shí)現(xiàn)的代碼非常短小，具有可移植性，非常適合嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。由于XXTEA算法的以上優(yōu)點(diǎn)，可以很好地應(yīng)用于嵌入式RFID系統(tǒng)當(dāng)中。

???????XXTEA算法的C語(yǔ)言表達(dá)：

#define??????????????MX???????????(z>>5^y<<2) + (y>>3^z<<4)^(sum^y) + (k[p&3^e]^z);

long????????btea(long* v, long n, long* k)

{unsigned long z=v[n-1], y=v[0], sum=0, e, DELTA=0x9e3779b9;????????long p, q ;??

?????if (n > 1) {??????????/*?加密過(guò)程?*/

?????q = 6 + 52/n;

?????while (q-- > 0)

{sum += DELTA;???????e = (sum >> 2) & 3;

?????for (p=0; p???????y = v[p+1],????????z = v[p] += MX;

????????y = v[0];??????z = v[n-1] += MX;}

????????return 0 ;

????} else if (n < -1) {??????????/*?解密過(guò)程?*/

????n = -n;????????q = 6 + 52/n;??????sum = q*DELTA ;

????????while (sum != 0) { 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; }

?????return 0; }??return 1; }

上述算法描述中，v表示為運(yùn)算的長(zhǎng)整型數(shù)據(jù)的首地址，k為長(zhǎng)整型的密鑰的首地址，n表示要要運(yùn)算的組元個(gè)數(shù)，正表示加密，負(fù)表示解密。N是以32bit為基本單位的組元個(gè)數(shù)。

訂正：對(duì)于加密的示意圖，在Xr-1到>>3那里，是不經(jīng)歷異或的運(yùn)算的。