文章目录

1. 分组密码（Twine）
- 1.1 加解密方式
- - 1.1.1 加密
  - 1.1.2 密钥生成算法
  - 1.1.3 解密
  - 1.1.4 全部代码
- 1.2. 分组密码的模式
- - 1.2.1 ECB模式
  - 1.2.2 CBC模式
  - 1.2.3 CFB模式
  - 1.2.4 OFB模式
  - 1.2.5 CTR模式
2.序列密码

如图，对称加密算法是应用较早的加密算法，技术成熟。在对称加密算法中，数据发信方将明文和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。具有算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高等特点。

1. 分组密码（Twine）

Twine是由Tomoyasu Suzaki，Kazuhiko Minematsu， Sumio Morioka和Eita Kobayashi在2011年的ECRYPT轻量级密码会议上首次提出的，并发表在2012年的SAC会议上。它的分组长度是64比特，密钥长度有80比特和128比特两个版本，其采用广义的Feistel结构(Generalized Feistel Structure，简称GFS),并由36轮轮函数构成，这里我们重点介绍80位的算法。

1.1 加解密方式

1.1.1 加密

Twine-80的加密算法如下所示：

该算法采用的是广义的Feistel结构，具体结构如下图所示：

我们可以看出，此算法在Feistel结构的基础上改造了位置交换的方法，我们称之为π置换（π^-1置换用于解密）：

Feistel结构中S盒如下表：

void Feistel(int r,int k)
{int i;char a;if(k == 1){if(r != 35)for(i = 0;i < 16;i += 2){OutPut[PI[i]] = InPut[i];a = S[InPut[i] ^ R_Key[r][i / 2]];OutPut[PI[i + 1]] = InPut[i + 1] ^ a;}elsefor(i = 0;i < 16;i += 2){OutPut[i] = InPut[i];a = S[InPut[i] ^ R_Key[r][i / 2]];OutPut[i + 1] = InPut[i + 1] ^ a;}}else{if(r != 35)for(i = 0;i < 16;i += 2){OutPut[Pi[i]] = InPut[i];a = S[InPut[i] ^ R_Key[35 - r][i / 2]];OutPut[Pi[i + 1]] = InPut[i + 1] ^ a;}elsefor(i = 0;i < 16;i += 2){OutPut[i] = InPut[i];a = S[InPut[i] ^ R_Key[35 - r][i / 2]];OutPut[i + 1] = InPut[i + 1] ^ a;}}
}

1.1.2 密钥生成算法

Twine-80的密钥生成算法如下所示：

方便起见，我们将算法用图画出：

其中轮常数Con如下：

void MakeRKey()
{int i,j,k;int choose[8] = {1,3,4,6,13,14,15,16};char ch,ConH,ConL;char key[20] = {0};for(i = 0;i < 10;i++){ch = fgetc(KEY);for(j = (2 * i) + 1;j >= 2 * i;j--){key[j] = ch & 0x0F;ch = ch >> 4;}}for(i = 0;i < 36;i++){for(j = 0;j < 8;j++)R_Key[i][j] = key[j];if(i < 35){key[1] = key[1] ^ S[key[0]];key[4] = key[4] ^ S[key[16]];ConL = CON[i] & 0x07;ConH = CON[i] >> 3;ConH = ConH & 0x07;key[7] = key[7] ^ ConH;key[19] = key[19] ^ ConL;ch = key[0];for(j = 0;j < 19;j++)key[j] = key[j + 1];key[j] = ch;for(k = 0;k < 3;k++){ch = key[0];for(j = 0;j < 18;j++)key[j] = key[j + 1];key[j] = ch;}}}
}

1.1.3 解密

由于轮函数的等价结构，解密算法与加密算法除π置换与轮密钥的注入顺序不同外，其余均相似。

1.1.4 全部代码

代码作用是将plaintext0.txt中的数据加密为ciphertext.txt，然后再解密为plaintext.txt：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>FILE *KEY;
int flag;
int PI[16] = {5,0,1,4,7,12,3,8,13,6,9,2,15,10,11,14};
int Pi[16] = {1,2,11,6,3,0,9,4,7,10,13,14,5,8,15,12};
char S[16] = {0x0c,0x00,0x0f,0x0a,0x02,0x0b,0x09,0x05,0x08,0x03,0x0d,0x07,0x01,0x0e,0x06,0x04};
char CON[35] = {0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x03,0x06,0x0c,0x18,0x30,0x23,0x05,0x0a,0x14,0x28,0x13,0x26,0x0f,0x1e,0x3c,0x3b,0x35,0x29,0x11,0x22,0x07,0x0e,0x1c,0x38,0x33,0x25,0x09,0x12,0x24};
char InPut[16] = {0},OutPut[16] = {0};
char R_Key[36][8] = {0};
char plain[16] = {0},cipher[16] = {0};void Read(FILE *OUT,int k)
{int i,j;char ch;for(i = 0;i < 8;i++){ch = fgetc(OUT);if(ch == -1){ch = 0;flag = 0;if(i == 0){flag = -1;return;}}for(j = (2 * i) + 1;j >= 2 * i;j--){if(k == 1)plain[j] = ch & 0x0F;elsecipher[j] = ch & 0x0F;ch = ch >> 4;}}
}void Write(FILE *IN,int k)
{int i,j;char ch;for(i = 0;i < 8;i++){ch = 0x00;for(j = 2 * i;j <= (2 * i) + 1;j++){ch = ch << 4;if(k == 1)ch =  ch | cipher[j];elsech =  ch | plain[j];}fputc(ch,IN);}
}void MakeRKey()
{int i,j,k;int choose[8] = {1,3,4,6,13,14,15,16};char ch,ConH,ConL;char key[20] = {0};for(i = 0;i < 10;i++){ch = fgetc(KEY);for(j = (2 * i) + 1;j >= 2 * i;j--){key[j] = ch & 0x0F;ch = ch >> 4;}}for(i = 0;i < 36;i++){for(j = 0;j < 8;j++)R_Key[i][j] = key[j];if(i < 35){key[1] = key[1] ^ S[key[0]];key[4] = key[4] ^ S[key[16]];ConL = CON[i] & 0x07;ConH = CON[i] >> 3;ConH = ConH & 0x07;key[7] = key[7] ^ ConH;key[19] = key[19] ^ ConL;ch = key[0];for(j = 0;j < 19;j++)key[j] = key[j + 1];key[j] = ch;for(k = 0;k < 3;k++){ch = key[0];for(j = 0;j < 18;j++)key[j] = key[j + 1];key[j] = ch;}}}
}void Feistel(int r,int k)
{int i;char a;if(k == 1){if(r != 35)for(i = 0;i < 16;i += 2){OutPut[PI[i]] = InPut[i];a = S[InPut[i] ^ R_Key[r][i / 2]];OutPut[PI[i + 1]] = InPut[i + 1] ^ a;}elsefor(i = 0;i < 16;i += 2){OutPut[i] = InPut[i];a = S[InPut[i] ^ R_Key[r][i / 2]];OutPut[i + 1] = InPut[i + 1] ^ a;}}else{if(r != 35)for(i = 0;i < 16;i += 2){OutPut[Pi[i]] = InPut[i];a = S[InPut[i] ^ R_Key[35 - r][i / 2]];OutPut[Pi[i + 1]] = InPut[i + 1] ^ a;}elsefor(i = 0;i < 16;i += 2){OutPut[i] = InPut[i];a = S[InPut[i] ^ R_Key[35 - r][i / 2]];OutPut[i + 1] = InPut[i + 1] ^ a;}}
}int main()
{int mode,i,r;FILE *M,*C;if((KEY = fopen("key.txt","rb")) == NULL){printf("\nkey.txt Fail,Close!");getchar();exit(1);}MakeRKey();while(1){flag = 1;printf("Plase choose:\n1. encrypt \n2. decrypt \n3. exit \n");scanf("%d",&mode);if(mode == 1){if((M = fopen("plaintext0.txt","rb")) == NULL){printf("\nplaintext.txt Fail,Close!");getchar();exit(1);}if((C = fopen("ciphertext.txt","wb")) == NULL){printf("\nciphertext.txt Fail,Close!");getchar();exit(1);}while(flag){Read(M,1);if(flag == -1)break;for(i = 0;i < 16;i++)InPut[i] = plain[i];for(r = 0;r < 36;r++){Feistel(r,1);for(i = 0;i < 16;i++)InPut[i] = OutPut[i];}for(i = 0;i < 16;i++)cipher[i] = OutPut[i];Write(C,1);}fclose(M);fclose(C); }if(mode == 2){if((C = fopen("ciphertext.txt","rb")) == NULL){printf("\nciphertext.txt Fail,Close!");getchar();exit(1);}if((M = fopen("plaintext.txt","wb")) == NULL){printf("\nplaintext.txt Fail,Close!");getchar();exit(1);}while(flag){Read(C,2);if(flag == -1)break;for(i = 0;i < 16;i++)InPut[i] = cipher[i];for(r = 0;r < 36;r++){Feistel(r,2);for(i = 0;i < 16;i++)InPut[i] = OutPut[i];}for(i = 0;i < 16;i++)plain[i] = OutPut[i];Write(M,2);}fclose(M);fclose(C); }if(mode == 3){fclose(KEY);exit(0);}system("pause");system("cls");}return 0;
}

1.2. 分组密码的模式

在数组密码中，如何将长的明文数据分成算法要求的长度也是一个问题。为此，人们提出了分组密码的分组模式：

1.2.1 ECB模式

加密：

解密：

1.2.2 CBC模式

加密：

解密：

1.2.3 CFB模式

加密：

解密：

1.2.4 OFB模式

加密：

解密：

1.2.5 CTR模式

加密：

解密：

2.序列密码

序列密码也称为流密码（Stream Cipher），它是对称密码算法的一种。序列密码具有实现简单、便于硬件实施、加解密处理速度快、没有或只有有限的错误传播等特点，因此在实际应用中，特别是专用或机密机构中保持着优势，典型的应用领域包括无线通信、外交通信。
1949年Shannon证明了只有一次一密的密码体制是绝对安全的，这给序列密码技术的研究以强大的支持，序列密码方案的发展是模仿一次一密系统的尝试，或者说“一次一密”的密码方案是序列密码的雏形。如果序列密码所使用的是真正随机方式的、与消息流长度相同的密钥流，则此时的序列密码就是一次一密的密码体制。若能以一种方式产生一随机序列（密钥流），这一序列由密钥所确定，则利用这样的序列就可以进行加密，即将密钥、明文表示成连续的符号或二进制，对应地进行加密,加解密时一次处理明文中的一个或几个比特。
在序列密码中，密钥流由密钥流发生器f产生：z_i=f(k,s_i)，这里的si是加密器中存储器（记忆元件）在i时刻的状态。根据加密器中的记忆元件s_i的存贮状态是否依赖于明文字符，序列密码可进一步分成同步和自同步两种。如果s_i独立于明文字符则称为同步流密码，否则称为自同步流密码。
序列密码算法主要依靠（线性）反馈移位寄存器，这里就不过多说明了。

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1.1 加解密方式

1.1.1 加密

1.1.2 密钥生成算法

1.1.3 解密

1.1.4 全部代码

1.2. 分组密码的模式

1.2.1 ECB模式

1.2.2 CBC模式

1.2.3 CFB模式

1.2.4 OFB模式

1.2.5 CTR模式

2.序列密码

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