IDEA資料加密演算法介紹

IDEA資料加密演算法及實現

 作者：成曉旭

IDEA對稱資料加密演算法，是我2000年剛畢業，工作需要進行資料加密時，學習、實現的第一個標準資料加密演算法，並且此後就深深地迷上了資料加密這個方面，以後連續兩年潛心學習和研究這方面的知識與技術。在此過程中，非常感謝同事李哥對我的大力幫助，並從此成了很好的朋友。

1、   簡介

IDEA是International Data Encryption Algorithm 的縮寫,是1990年由瑞士聯邦技術學院來學嘉X.J.Lai 和Massey提出的建議標準演算法稱作PES( Proposed Encryption Standard) 。Lai 和Massey 在1992 年進行了改進強化了抗差分分析的能力改稱為IDEA 它也是對64bit大小的資料塊加密的分組加密演算法金鑰長度為128位它基於“相異代數群上的混合運算”設計思想演算法用硬體和軟體實現都很容易且比DES在實現上快的多。IDEA自問世以來，已經經歷了大量的詳細審查，對密碼分析具有很強的抵抗能力，在多種商業產品中被使用。

這種演算法是在DES演算法的基礎上發展出來的，類似於三重DES。發展IDEA也是因為感到DES具有金鑰太短等缺點，已經過時。IDEA的金鑰為128位，這麼長的金鑰在今後若干年內應該是安全的。

類似於DES，IDEA演算法也是一種資料塊加密演算法，它設計了一系列加密輪次，每輪加密都使用從完整的加密金鑰中生成的一個子金鑰。與DES的不同處在於，它採用軟體實現和採用硬體實現同樣快速。

由於IDEA是在美國之外提出並發展起來的，避開了美國法律上對加密技術的諸多限制，因此，有關IDEA演算法和實現技術的書籍都可以自由出版和交流，可極大地促進IDEA的發展和完善。

2、   演算法詳解：

2.1產生金鑰

演算法用了52個子金鑰(8輪中的每一輪需要6個，其他4個用與輸出變換)。首先，將128-位金鑰分成8個16-位子金鑰。這些是演算法的第一批8個子金鑰（第一輪六個，第二輪的頭兩個）。然後，金鑰向左環移x位後再分成8個子金鑰。開始4個用在第二輪，後面4個用在第三輪。金鑰再次向左環移25位產生另外8個子金鑰，如此進行直到演算法結束。具體是：

IDEA總共進行8輪迭代操作，每輪需要6個子金鑰,另外還需要4個額外子金鑰,所以總共需要52個子金鑰，這個52個子金鑰都是從128位金鑰中擴充套件出來的。

首先把輸入的Key分成8個16位的子金鑰， 1~6號子金鑰供第一輪加密使用，7~8號子金鑰供第二輪使用,然後把這個128位金鑰迴圈左移25位，這樣Key = k26k27k28…k24k25。

把新生成的Key在分成8個16位的子金鑰，1~4號子金鑰供第二輪加密使用(前面已經提供了兩個)5~8號子金鑰供第三輪加密使用。到此我們已經得到了16個子金鑰，如此繼續,當迴圈左移了5次之後已經生成了48個子金鑰,還有四個額外的子金鑰需要生成，再次把Key迴圈左移25位,選取劃分出來的8個16位子金鑰的前4個作為那4個額外的加密金鑰.供加密使用的52個子金鑰生成完畢。

輸入的64-位資料分組被分成4個16-位子分組：xl，X2，x3和x4。這4個子分組成為演算法的第一輪的輸入，總共有8輪。在每一輪中，這4個子分組相互相異或，相加，相乘，且與6個16-位子金鑰相異或，相加，相乘。在輪與輪間，第二和第三個子分組交換。最後在輸出變換中4個子分組與4個子金鑰進行運算。

2.2加、解密過程

　　在每一輪中，執行的順序如下：

　　(1)X1和第一個子金鑰相乘。

　　(2)x2和第二個子金鑰相加。

　　(3)X3和第三個子金鑰相加。

　　(4)x4和第四個子金鑰相乘。

　　(5)將第(1)步和第(3)步的結果相異或。 ·

　　(6)將第(2)步和第(4)步的結果相異或。

　　(7)將第(5)步的結果與第五個子金鑰相乘。

　　(8)將第(6)步和第(7)步的結果相加。

　　(9)將第(8)步的結果與第六個子金鑰相乘。

　　(10)將第(7)步和第(9)步的結果相加。

　　(11)將第(1)步和第(9)步的結果相異或。

　　(12)將第(3)步和第(9)步的結果相異或。

　　(13)將第(2)步和第(10)步的結果相異或。

　　(14)將第(4)步和第(10)步的結果相異或。

　　每一輪的輸出是第(11)、(12)、(13)和(14) 步的結果形成的4個子分組。將中間兩個分組分組交換(最後一輪除外)後，即為下一輪的輸入。

　　經過8輪運算之後，有一個最終的輸出變換：

　　(1) X1和第一個子金鑰相乘。

　　(2) x2和第二個子金鑰相加。

　　(3) x3和第三個子金鑰相加。

　　(4) x4和第四個子金鑰相乘。

最後，這4個子分組重新連線到一起產生密文。

2.3金鑰對應圖

2.4加密過程圖

2.5解密過程圖

3、   評價：

IDEA演算法的金鑰長度為128位。設計者盡最大努力使該演算法不受差分密碼分析的影響，數學家已證明IDEA演算法在其8圈迭代的第4圈之後便不受差分密碼分析的影響了。假定窮舉法攻擊有效的話，那麼即使設計一種每秒種可以試驗10億個金鑰的專用晶片，並將10億片這樣的晶片用於此項工作，仍需1013年才能解決問題；另一方面，若用1024片這樣的晶片，有可能在一天內找到金鑰，不過人們還無法找到足夠的矽原子來製造這樣一臺機器。目前，尚無一片公開發表的試圖對IDEA進行密碼分析的文章。因此，就現在來看應當說IDEA是非常安全的。

並且，IDEA資料比較RSA演算法加、解決速度快得多，又比DES演算法要相對安全得多。

4、   參考文獻：

《應用密碼學(協議演算法與C源程式)》：機械工業出版社

5、   原始碼：

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