XXTEA

简介

省流：TEA的超大杯版

XXTEA是XTEA的改进版，与它的前身不同，XXTEA大量魔改了原来的加密结构，首先是采用了非对称Feistel网络结构，数据不再被分为两个32位块，同时也不再一次只处理64位的数据，而是直接把所有数据分为多个32位块，然后用CBC模式循环加密，令块数为n，则一轮加密指的是将这n个块的数据各变换一次，总的加密轮次由round=6+52/n给出，注意这个公式仅仅是为了在安全性和性能之间做出平衡，理论上加密的轮次并没有要求。加密函数MX也进行了修改，更换了计算方式和密钥选择方式。

特征

标准版本的XXTEA加密循环轮次由数据规模n绝定，当然rounds=6+52/n这个公式完全可以魔改，然后是每轮加密中的CBC结构特征，以及128位密钥

实现

#define MX ((z >> 5 ^ y << 2) + (y >> 3 ^ z << 4) ^ (sum ^ y) + (k[p & 3 ^ e] ^ z))
void xxteaEncrtpy(uint32_t *v, size_t n, uint32_t *k)
{
    uint32_t y, z, sum;
    uint32_t p, rounds, e;
    uint32_t delta = 0x9E3779B9;
    rounds = 6 + 52 / n;
    sum = 0;
    z = v[n - 1];
    do
    {
        sum += delta;
        e = (sum >> 2) & 3; // 引入非线性计算，使得每次取出的key值缺少规律
        for (p = 0; p < n - 1; p++)
        {
            y = v[p + 1];
            z = v[p] += MX; // 每个块加密是增加的偏移量实际上由上一个块(z)和下一个块(y)的值和sum共同决定
        }
        y = v[0]; // 此处其实是循环加密的端点，当然可以对下标取模把这部分写进循环里
        z = v[n - 1] += MX;
    } while (--rounds); // 实际上是把相同的操作重复round轮
}

解密

虽然整个结构进行了大程度魔改，但仍是Fesitel网络，所以只要想办法把运算逆转过来就能解密

void xxteaDecrypt(uint32_t *v, size_t n, uint32_t *k)
{
    uint32_t y, z, sum;
    uint32_t p, rounds, e;
    uint32_t delta = 0x9E3779B9;
    rounds = 6 + 52 / n;
    sum = rounds * delta;
    y = v[0]; // n-1号块的下一个块是0号块
    do
    {
        e = (sum >> 2) & 3;
        for (p = n - 1; p > 0; p--) // 反向循环
        {
            z = v[p - 1];   // 因为是反着循环，所以这里是上一个块
            y = v[p] -= MX; // 这里是也是取上一个和下一个块的值作为参数
        }
        z = v[n - 1]; // 0号块的上一个块是n-1号块
        y = v[0] -= MX;
        sum -= delta;
    } while (--rounds);
}

完整代码

代码中加密数据长度正好为64位，注意当长度不为32位的倍数时记得占位填充

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define MX ((z >> 5 ^ y << 2) + (y >> 3 ^ z << 4) ^ (sum ^ y) + (k[p & 3 ^ e] ^ z))
void xxteaEncrtpy(uint32_t *v, size_t n, uint32_t *k)
{
    uint32_t y, z, sum;
    uint32_t p, rounds, e;
    uint32_t delta = 0x9E3779B9;
    rounds = 6 + 52 / n;
    sum = 0;
    z = v[n - 1];
    do
    {
        sum += delta;
        e = (sum >> 2) & 3; // 引入非线性计算，使得每次取出的key值缺少规律
        for (p = 0; p < n - 1; p++)
        {
            y = v[p + 1];
            z = v[p] += MX; // 每个块加密是增加的偏移量实际上由上一个块(z)和下一个块(y)的值和sum共同决定
        }
        y = v[0]; // 此处其实是循环加密的端点，当然可以对下标取模写进循环里
        z = v[n - 1] += MX;
    } while (--rounds); // 实际上是把相同的操作重复round轮
}
void xxteaDecrypt(uint32_t *v, size_t n, uint32_t *k)
{
    uint32_t y, z, sum;
    uint32_t p, rounds, e;
    uint32_t delta = 0x9E3779B9;
    rounds = 6 + 52 / n;
    sum = rounds * delta;
    y = v[0]; // n-1号块的下一个块是0号块
    do
    {
        e = (sum >> 2) & 3;
        for (p = n - 1; p > 0; p--) // 反向循环
        {
            z = v[p - 1];   // 因为是反着循环，所以这里是上一个块
            y = v[p] -= MX; // 这里是也是取上一个和下一个块的值作为参数
        }
        z = v[n - 1]; // 0号块的上一个块是n-1号块
        y = v[0] -= MX;
        sum -= delta;
    } while (--rounds);
}
int main()
{
    uint32_t k[4] = {0x01234567, 0x89abcdef, 0xfedcba98, 0x76543210};
    char v[] = "Eleven11";
    xxteaEncrtpy((uint32_t *)v, strlen(v) / 4, k);
    for (int i = 0; i < 8; i++)
        printf("%c", v[i] & 0xFF);
    printf("\n");
    xxteaDecrypt((uint32_t *)v, strlen(v) / 4, k);
    for (int i = 0; i < 8; i++)
        printf("%c", v[i]);
    printf("\n");
    return 0;
}

reference

XXTEA-wikipedia

对称加密目录