周报2

六月 04, 2022

RC4算法

RC4算法包括：初始化算法和伪随机子密码生成算法两大部分
先看初始化部分：
参数1是一个256长度的char型数组，定义为: unsigned char sBox[256];
参数2是密钥，其内容可以随便定义：char key[256];
参数3是密钥的长度，Len = strlen(key);

/*初始化函数*/
void rc4_init(unsigned char*s,unsigned char*key, unsigned long Len)
{
    int i=0,j=0;
    char k[256]={0};
    unsigned char tmp=0;
    for(i=0;i<256;i++) {
        s[i]=i;
        k[i]=key[i%Len];
    }
    for(i=0;i<256;i++) {
        j=(j+s[i]+k[i])%256;
        tmp=s[i];
        s[i]=s[j];//交换s[i]和s[j]
        s[j]=tmp;
    }
}

在初始化的过程中，密钥的主要功能是将S-box搅乱，i确保S-box的每个元素都得到处理，j保证S-box的搅乱是随机的。而不同的S-box在经过伪随机子密码生成算法的处理后可以得到不同的子密钥序列，将S-box和明文进行xor运算，得到密文，解密过程也完全相同。
再来看看算法的加密部分（用C代码表示）：
其中，参数1是上边rc4_init函数中，被搅乱的S-box;
参数2是需要加密的数据data;
参数3是data的长度.

/*加解密*/
void rc4_crypt(unsigned char*s,unsigned char*Data,unsigned long Len)
{
    int i=0,j=0,t=0;
    unsigned long k=0;
    unsigned char tmp;
    for(k=0;k<Len;k++)
    {
        i=(i+1)%256;
        j=(j+s[i])%256;
        tmp=s[i];
        s[i]=s[j];//交换s[x]和s[y]
        s[j]=tmp;
        t=(s[i]+s[j])%256;
        Data[k]^=s[t];
    }
}

参考大佬

TEA加密

在安全学领域，TEA（Tiny Encryption Algorithm）是一种分组加密算法，它的实现非常简单，通常只需要很精短的几行代码。TEA 算法最初是由剑桥计算机实验室的 David Wheeler 和 Roger Needham 在 1994 年设计的。
TEA算法使用64位的明文分组和128位的密钥，它使用Feistel分组加密框架，需要进行 64 轮迭代，尽管作者认为 32 轮已经足够了。该算法使用了一个神秘常数δ作为倍数，它来源于黄金比率，以保证每一轮加密都不相同。但δ的精确值似乎并不重要，这里 TEA 把它定义为 δ=「(√5 - 1)231」（也就是程序中的 0×9E3779B9）。
TEA加密特征

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
置换操作

#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;  
}

XTEA加密

特征

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

#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;  
}

XXTEA加密

特征

4个32位密钥，delta常数，异或运算

#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;
}

也可以用Python调用现成的模块

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);

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