XXTEA加密流程分析

代码与图解来自：https://www.jianshu.com/p/4272e0805da3

对于我这种相关知识欠缺的人来说，光是如此有些难以理解，因此基于该作者的图片与代码试着分析了一下实际的加密过程(也因为网上没能找到具体的文字描述过程，甚至图解的字符解释也没有，所以只能自己对着代码分析了)。

图解：

C代码：

#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)))  void btea(uint32_t *v, int n, uint32_t const key[4])
{  uint32_t y, z, sum;  unsigned p, rounds, e;  if (n > 1)            /* Coding Part */  {  rounds = 6 + 52/n;  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;  }  y = v[0];  z = v[n-1] += MX;  }  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);  }
}

如果您要对照本文章实际调试，试着小窗吧。如下文字解释不会再引用图片。

代码符号：

DELTA：算是该加密算法的一个特征值，为黄金分割数(5√-2)/2与232的乘积。实际上，该值不影响算法，但能很好的避免一些错误。该数值在其他算法中也常有运用。

MX：对照图例。暂时不知道其为什么的缩写。在本例中请对照加密图解，算是算法的一部分。

n：对应明文或密文的数组长度。(+n用于加密，-n用于解密。单纯是在代码实现时为了方便而如此设计罢了)

v：明文或密文数组。对应图解中的X

key：密钥数组。对应图解中的K

rounds：加密循环的轮数。

sum：对应图解中的D。

e：对应图解中的(D>>2)

p：本例中用作明文或密文数组的索引。

r：参照代码，类比p&3(该符号在图中而不在代码中)。3的二进制编码为11，任何数与其与运算后，可能产生(00,01,10,11),对应(0,1,2,3)(但这种理解仍有问题，怀疑图解中的r所在位置不同时具有不同的意义)

图解符号：

方框：相加盒。将指向该盒的变量进行相加。

圆圈：异或盒。将指向该盒的变量进行异或。

个人建议：

观看图解的时候，推荐自下而上，那样比较符合代码编写的流程。

其中涉及的数学原理是异或，因此具有可逆性。但对于一些变量的来历仍然不解(例如：Xω的含义尚且不明。r猜测对应了加密轮数)

注释：

可以将图示当作一轮的加密过程。Xr所在的循环中的相加盒实际作用为将MZ与Xr相加后的结果赋予Xr。

代码中的y、z分别表示图例中的Xr-1与Xr+1，但需要注意的是，实际代码实现中，存在如下代码：

y = v[p+1];
z = v[p] += MX;

也就是说，z既对应了图中的Xr，也对应了Xr+1；而y表示Xr-1，实际上是z的后一个元素。

(换一种说法就是，将y指向明文的下一位，z指向本次需要加密的明文元素。将z经过各种复杂的变化后，再将结果与原本的数据相加得到密文，将指针后移，重复同样的操作。)

仅对比图例有着相对别扭的说法，但这已经是笔者能在网上找到的可读性相对较好的一版代码了。

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顺便也将TEA与XTEA的图解与代码留在这里，以方便查阅和帮助XXTEA加密的流程理解。

TEA：

#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;           /* set up */  uint32_t delta=0x9e3779b9;                     /* a key schedule constant */  uint32_t k0=k[0], k1=k[1], k2=k[2], k3=k[3];   /* cache key */  for (i=0; i < 32; i++) {                       /* basic cycle start */  sum += delta;  v0 += ((v1<<4) + k0) ^ (v1 + sum) ^ ((v1>>5) + k1);  v1 += ((v0<<4) + k2) ^ (v0 + sum) ^ ((v0>>5) + k3);  }                                              /* end cycle */  v[0]=v0; v[1]=v1;
}
//解密函数
void decrypt (uint32_t* v, uint32_t* k) {  uint32_t v0=v[0], v1=v[1], sum=0xC6EF3720, i;  /* set up */  uint32_t delta=0x9e3779b9;                     /* a key schedule constant */  uint32_t k0=k[0], k1=k[1], k2=k[2], k3=k[3];   /* cache key */  for (i=0; i<32; i++) {                         /* basic cycle start */  v1 -= ((v0<<4) + k2) ^ (v0 + sum) ^ ((v0>>5) + k3);  v0 -= ((v1<<4) + k0) ^ (v1 + sum) ^ ((v1>>5) + k1);  sum -= delta;  }                                              /* end cycle */  v[0]=v0; v[1]=v1;
}  // v为要加密的数据
// 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

XTEA：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>  /* take 64 bits of data in v[0] and v[1] and 128 bits of key[0] - key[3] */  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;
}

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