XXTEA加密算法的原理及其C语言实现

 

在数据的加解密领域，算法分为对称密钥与非对称密钥两种。对称密钥与非对称密钥由于各自的特点，所应用的领域是不尽相同的。对称密钥加密算法由于其速度快，一般用于整体数据的加密，而非对称密钥加密算法的安全性能佳，在数字签名领域得到广泛的应用。

TEA算法是由剑桥大学计算机实验室的David Wheeler和Roger Needham于1994年发明，TEA是Tiny Encryption Algorithm的缩写，以加密解密速度快，实现简单著称。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。为解决TEA算法密钥表攻击的问题，TEA算法先后经历了几次改进，从XTEA到BLOCK TEA，直至最新的XXTEA。XTEA也称做TEAN，它使用与TEA相同的简单运算，但四个子密钥采取不正规的方式进行混合以阻止密钥表攻击。Block TEA算法可以对32位的任意整数倍长度的变量块进行加解密的操作，该算法将XTEA轮循函数依次应用于块中的每个字，并且将它附加于被应用字的邻字。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，且用拥有两个输入量的MX函数代替了XTEA轮循函数。本文所描述的安全机制采用的加密算法就是TEA算法中安全性能最佳的改进版本－XXTEA算法。

XTEA算法的一轮加密过程如图1所示：

 

XXTEA算法的结构非常简单，只需要执行加法、异或和寄存的硬件即可，且软件实现的代码非常短小，具有可移植性，非常适合嵌入式系统应用。由于XXTEA算法的以上优点，可以很好地应用于嵌入式RFID系统当中。

       XXTEA算法的C语言表达：

#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) {          /* 加密过程 */

     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) {          /* 解密过程 */

    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表示为运算的长整型数据的首地址，k为长整型的密钥的首地址，n表示要要运算的组元个数，正表示加密，负表示解密。N是以32bit为基本单位的组元个数。

订正：对于加密的示意图，在Xr-1到>>3那里，是不经历异或的运算的。