DES、AES、TEA加密算法的比较

 

1.     DES算法介绍：

DES 算法具有对称性, 既可以用于加密又可以用于解密。对称性带来的一个很大的好处在于硬件实现, DES 的加密和解密可以用完全相同的硬件来实现。DES 算法的明文分组是64 位, 输出密文也是64 位。所以密钥的有效位数是56 位, 加上校验位共64 位。总体流程如表1 所示:输入的64 位明文, 先经初始IP 变换, 形成64 位数据,64 位数据被分为两部分, 分别是L 部分和R 部分; L 和R 经过16 次迭代, 形成新的64 位; 新的64 位数据再经初始逆变换, 输出64 位密文。初始置换和逆初始置换是简单的移位操作。在迭代过程这一步骤, 替代是在密钥控制下进行的, 而移位是按固定顺序进行的, 它将数据分组作为一个单元来进行变换, 相继使用替代法和移位法加密,从而具有增多替代和重新排列的功能。迭代过程是DES 加密算法的核心部分。

2.     AES算法Rijndael介绍：

AES算法Rijndael 密码是一个迭代型分组密码, 其分组长度和密码长度都是可变的,分组长度和密码长度可以独立的指定为128 比特,192 比特或者256 比特。AES 的加密算法的数据处理单位是字节,128 位的比特信息被分成16 个字节, 按顺序复制到一个4×4 的矩阵中, 称为状态(state),AES 的所有变换都是基于状态矩阵的变换。用Nr 表示对一个数据分组加密的轮数(加密轮数与密钥长度的关系如表2 所示) 。在轮函数的每一轮迭代中, 包括4 步变换, 分别是字节代换运算(ByteSub())、行变换(ShiftRows())、列混合(MixColumns())以及轮密钥的添加变换(AddRoundKey()), 其作用就是通过重复简单的非线形变换、混合函数变换, 将字节代换运算产生的非线性扩散, 达到充分的混合, 在每轮迭代中引入不同的密钥, 从而实现加密的有效性

3.    DES与AES算法比较：

自DES算法1977年首次公诸于世以来,学术界对其进行了深入的研究,围绕它的安全性等方面展开了激烈的争论。在技术上,对DES的批评主要集中在以下几个方面:

( 1) 作为分组密码,DES的加密单位仅有64位二进制,这对于数据传输来说太小,因为每个分组仅含8个字符,而且其中某些位还要用于奇偶校验或其他通讯开销。

( 2) DES的密钥的位数太短,只有56比特,而且各次迭代中使用的密钥是递推产生的,这种相关必然降低密码体制的安全性, 在现有技术下用穷举法寻找密钥已趋于可行。

(3) DES不能对抗差分和线性密码分析。迄今为止, DES算法中的S盒8个选择函数矩阵的设计原理因美国政府方面的干预, 不予公布。从这一方面严格地讲DES算法并不是一个真正的公开加密算法。。

( 4) DES用户实际使用的密钥长度为56bit, 理论上最大加密强度为256。DES算法要提高加密强度(例如增加密钥长度), 则系统开销呈指数增长。除采用提高硬件功能和增加并行处理功能外,从算法本身和软件技术方面无法提高DES算法的加密强度。

相对DES算法来说,AES算法无疑解决了上述问题,主要表现在如下几方面:

( 1) 运算速度快,在有反馈模式、无反馈模式的软硬件中,Rijndael都表现出非常好的性能。

( 2) 对内存的需求非常低,适合于受限环境。

( 3) Rijndael是一个分组迭代密码,分组长度和密钥长度设计灵活。

( 4) AES标准支持可变分组长度,分组长度可设定为32比特的任意倍数,最小值为128比特,最大值为256比特。

( 5) AES的密钥长度比DES大,它也可设定为32比特的任意倍数,最小值为128比特,最大值为256比特, 所以用穷举法是不可能破解的。在可预计的将来,如果计算机的运行速度没有根本性的提高,用穷举法破解AES密钥几乎不可能。

( 6) AES算法的设计策略是宽轨迹策略(Wide Trail Strategy, WTS)。WTS是针对差分分析和线性分析提出的,可对抗差分密码分析和线性密码分析。总之,Rijndael算法汇聚了安全性、效率高、易实现性和灵活性等优点,是一种较DES更好的算法。

4.     TEA：

TEA(Tiny Encryption Algorithm) 是一种简单高效的加密算法，以加密解密速度快，实现简单著称。算法真的很简单，TEA算法每一次可以操作64-bit(8-byte)，采用128-bit(16-byte)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。目前我只知道QQ一直用的是16轮TEA。没什么好说的，先给出C语言的源代码(默认是32轮)：

 1 void encrypt(unsigned long *v, unsigned long *k) {
 2     unsigned long y=v[0], z=v[1], sum=0, i;         /* set up */
 3     unsigned long delta=0x9e3779b9;                 /* a key schedule constant */
 4     unsigned long a=k[0], b=k[1], c=k[2], d=k[3];   /* cache key */
 5     for (i=0; i < 32; i++) {                        /* basic cycle start */
 6         sum += delta;
 7         y += ((z<<4) + a) ^ (z + sum) ^ ((z>>5) + b);
 8         z += ((y<<4) + c) ^ (y + sum) ^ ((y>>5) + d);/* end cycle */
 9     }
10     v[0]=y;
11     v[1]=z;
12 }
13 
14 void decrypt(unsigned long *v, unsigned long *k) {
15     unsigned long y=v[0], z=v[1], sum=0xC6EF3720, i; /* set up */
16     unsigned long delta=0x9e3779b9;                  /* a key schedule constant */
17     unsigned long a=k[0], b=k[1], c=k[2], d=k[3];    /* cache key */
18     for(i=0; i<32; i++) {                            /* basic cycle start */
19         z -= ((y<<4) + c) ^ (y + sum) ^ ((y>>5) + d);
20         y -= ((z<<4) + a) ^ (z + sum) ^ ((z>>5) + b);
21         sum -= delta;                                /* end cycle */
22     }
23     v[0]=y;
24     v[1]=z;
25 }