Tea

xxTea was the important

C

// 函数参数说明：
// v: 指向待加密/解密数据数组的指针（每个元素为32位无符号整数）
// n: 数据数组长度。n>1表示加密，n<-1表示解密，绝对值代表实际长度
// key: 128位密钥，由4个32位无符号整数组成的数组

void btea(uint32_t* v, int n, uint32_t const key[4]) {
    uint32_t y, z, sum;
    unsigned p, rounds, e;

    // MX宏：核心的混淆运算，结合移位、异或、加法操作
    #define MX ( (z >> 5 ^ y << 2) + (y >> 3 ^ z << 4) ) ^ ( (sum ^ y) + (key[(p & 3) ^ e] ^ z) )

    //------------------ 加密部分（n > 1） ------------------//
    if (n > 1) {            
        rounds = 6 + 52 / n;  // 计算加密轮数，与数据长度相关
        sum = 0;
        z = v[n - 1];         // 初始化z为最后一个元素

        do {
            sum += DELTA;     // DELTA为固定常量（通常为0x9E3779B9）
            e = (sum >> 2) & 3; // 计算e，用于选择密钥索引

            // 正向遍历数组元素（从第0个到倒数第二个）
            for (p = 0; p < n - 1; p++) {
                y = v[p + 1]; // 取下一个元素
                z = v[p] += MX; // 更新当前元素并赋值给z
            }

            // 处理最后一个元素
            y = v[0];
            z = v[n - 1] += MX; 
        } while (--rounds);   // 循环执行rounds轮
    }

    //------------------ 解密部分（n < -1） ------------------//
    else if (n < -1) {      
        n = -n;               // 取绝对值得到实际长度
        rounds = 6 + 52 / n;  // 计算解密轮数（与加密轮数相同）
        sum = rounds * DELTA; // 初始sum为加密轮数的总DELTA累加值
        y = v[0];             // 初始化y为第一个元素

        do {
            e = (sum >> 2) & 3; // 计算e（与加密逻辑一致）

            // 反向遍历数组元素（从倒数第二个到第0个）
            for (p = n - 1; p > 0; p--) {
                z = v[p - 1]; // 取前一个元素
                y = v[p] -= MX; // 逆向恢复原始值
            }

            // 处理第一个元素
            z = v[n - 1];
            y = v[0] -= MX;
            sum -= DELTA;      // 逆向递减sum
        } while (--rounds);
    }

    #undef MX // 结束宏定义
}

TEA、XTEA与XXTEA算法对比分析

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一、核心区别与特征总结

以下是三种TEA系列算法的核心区别与特征对比：

特征	TEA	XTEA	XXTEEA
分组长度	64位（2个32位字）	64位（2个32位字）	可变长度（最小64位）
密钥长度	128位（4个32位子密钥）	128位（4个子密钥）	128位（4个子密钥）
核心混淆操作	移位、加法、异或	改进的密钥混合与移位	非线性MX函数与多轮循环
Delta值	固定0x9E3779B9（黄金分割数）	同TEA	同TEA
轮数建议	32轮（64轮理论存在）	64轮	6+52/n轮（动态调整）
安全性	较低（存在密钥相关攻击）	较高	最高（当前TEA系列最安全）
适用场景	嵌入式系统、低资源环境	通用加密	需要高安全性的可变长度数据

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二、算法特性详解

1. TEA（Tiny Encryption Algorithm）

• 特征： • Feistel结构：基于64位分组的Feistel网络，左右半区交替处理。 • 简单运算：每轮包含左移⅘位、异或、加法操作，密钥直接参与混淆。 • Delta常量：使用0x9E3779B9（黄金分割数相关值），确保每轮变化不同。 • 密钥索引固定：密钥轮询使用 key[0]、key[1] 等，易受侧信道攻击。

• 实例代码（加密核心）：

C

for (i=0; i<32; i++) {
    sum += delta;
    l += ((r << 4) + k0) ^ (r + sum) ^ ((r >> 5) + k1);
    r += ((l << 4) + k2) ^ (l + sum) ^ ((l >> 5) + k3);
}

2. XTEA（Extended TEA）

• 改进点： • 动态密钥索引：通过 sum & 3 和 (sum >> 11) & 3 动态选择密钥片段，增强抗差分攻击能力。 • 密钥混合优化：将密钥与sum结合，增加非线性。

• 特征： • 轮数加倍：建议64轮迭代，安全性高于TEA。 • 密钥调度复杂：sum的移位操作影响密钥选择，如 key[(sum >> 11) & 3]。

• 实例代码（加密核心）：

C

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]);
}

3. XXTEA（Corrected Block TEA）

• 核心创新： • 可变分组长度：支持32位倍数的任意长度数据块（最小64位），适用性更广。 • MX混淆函数：引入非线性运算 MX = ((z>>5^y<<2) + (y>>3^z<<4)) ^ ((sum^y) + (key[(p&3)^e]^z))，增强扩散性。 • 多轮动态调整：轮数由数据长度决定（6 + 52/n），适应不同分组大小。

• 特征： • 非平衡Feistel结构：处理长数据时逐字迭代，而非固定分组。 • 抗选择明文攻击：通过MX函数和动态密钥索引，避免TEA/XTEA的弱点。

• 实例代码（加密核心）：

C

#define MX (((z>>5^y<<2)+(y>>3^z<<4))^((sum^y)+(key[(p&3)^e]^z)))
while (q-- > 0) {
    sum += delta;
    e = (sum >> 2) & 3;
    for (p=0; p<n-1; p++) {
        y = v[p+1];
        z = v[p] += MX;
    }
    y = v[0];
    z = v[n-1] += MX;
}

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