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IDEA数据加密算法及实现

作者：成晓旭

IDEA对称数据加密算法，是我2000年刚毕业，工作需要进行数据加密时，学习、实现的第一个标准数据加密算法，并且此后就深深地迷上了数据加密这个方面，以后连续两年潜心学习和研究这方面的知识与技术。在此过程中，非常感谢同事李哥对我的大力帮助，并从此成了很好的朋友。

1、 简介

IDEA是International Data Encryption Algorithm 的缩写,是1990年由瑞士联邦技术学院来学嘉X.J.Lai 和Massey提出的建议标准算法称作PES( Proposed Encryption Standard) 。Lai 和Massey 在1992 年进行了改进强化了抗差分分析的能力改称为IDEA 它也是对64bit大小的数据块加密的分组加密算法密钥长度为128位它基于“相异代数群上的混合运算”设计思想算法用硬件和软件实现都很容易且比DES在实现上快的多。IDEA自问世以来，已经经历了大量的详细审查，对密码分析具有很强的抵抗能力，在多种商业产品中被使用。

这种算法是在DES算法的基础上发展出来的，类似于三重DES。发展IDEA也是因为感到DES具有密钥太短等缺点，已经过时。IDEA的密钥为128位，这么长的密钥在今后若干年内应该是安全的。

类似于DES，IDEA算法也是一种数据块加密算法，它设计了一系列加密轮次，每轮加密都使用从完整的加密密钥中生成的一个子密钥。与DES的不同处在于，它采用软件实现和采用硬件实现同样快速。

由于IDEA是在美国之外提出并发展起来的，避开了美国法律上对加密技术的诸多限制，因此，有关IDEA算法和实现技术的书籍都可以自由出版和交流，可极大地促进IDEA的发展和完善。

2、 算法详解：

2.1产生密钥

算法用了52个子密钥(8轮中的每一轮需要6个，其他4个用与输出变换)。首先，将128-位密钥分成8个16-位子密钥。这些是算法的第一批8个子密钥（第一轮六个，第二轮的头两个）。然后，密钥向左环移x位后再分成8个子密钥。开始4个用在第二轮，后面4个用在第三轮。密钥再次向左环移25位产生另外8个子密钥，如此进行直到算法结束。具体是：

IDEA总共进行8轮迭代操作，每轮需要6个子密钥,另外还需要4个额外子密钥,所以总共需要52个子密钥，这个52个子密钥都是从128位密钥中扩展出来的。

首先把输入的Key分成8个16位的子密钥， 1~6号子密钥供第一轮加密使用，7~8号子密钥供第二轮使用,然后把这个128位密钥循环左移25位，这样Key = k26k27k28…k24k25。

把新生成的Key在分成8个16位的子密钥，1~4号子密钥供第二轮加密使用(前面已经提供了两个)5~8号子密钥供第三轮加密使用。到此我们已经得到了16个子密钥，如此继续,当循环左移了5次之后已经生成了48个子密钥,还有四个额外的子密钥需要生成，再次把Key循环左移25位,选取划分出来的8个16位子密钥的前4个作为那4个额外的加密密钥.供加密使用的52个子密钥生成完毕。

输入的64-位数据分组被分成4个16-位子分组：xl，X2，x3和x4。这4个子分组成为算法的第一轮的输入，总共有8轮。在每一轮中，这4个子分组相互相异或，相加，相乘，且与6个16-位子密钥相异或，相加，相乘。在轮与轮间，第二和第三个子分组交换。最后在输出变换中4个子分组与4个子密钥进行运算。

2.2加、解密过程

　　在每一轮中，执行的顺序如下：

　　(1)X1和第一个子密钥相乘。

　　(2)x2和第二个子密钥相加。

　　(3)X3和第三个子密钥相加。

　　(4)x4和第四个子密钥相乘。

　　(5)将第(1)步和第(3)步的结果相异或。 ·

　　(6)将第(2)步和第(4)步的结果相异或。

　　(7)将第(5)步的结果与第五个子密钥相乘。

　　(8)将第(6)步和第(7)步的结果相加。

　　(9)将第(8)步的结果与第六个子密钥相乘。

　　(10)将第(7)步和第(9)步的结果相加。

　　(11)将第(1)步和第(9)步的结果相异或。

　　(12)将第(3)步和第(9)步的结果相异或。

　　(13)将第(2)步和第(10)步的结果相异或。

　　(14)将第(4)步和第(10)步的结果相异或。

　　每一轮的输出是第(11)、(12)、(13)和(14) 步的结果形成的4个子分组。将中间两个分组分组交换(最后一轮除外)后，即为下一轮的输入。

　　经过8轮运算之后，有一个最终的输出变换：

　　(1) X1和第一个子密钥相乘。

　　(2) x2和第二个子密钥相加。

　　(3) x3和第三个子密钥相加。

　　(4) x4和第四个子密钥相乘。

最后，这4个子分组重新连接到一起产生密文。

2.3密钥对应图

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2.4加密过程图

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2.5解密过程图

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3、 评价：

IDEA算法的密钥长度为128位。设计者尽最大努力使该算法不受差分密码分析的影响，数学家已证明IDEA算法在其8圈迭代的第4圈之后便不受差分密码分析的影响了。假定穷举法攻击有效的话，那么即使设计一种每秒种可以试验10亿个密钥的专用芯片，并将10亿片这样的芯片用于此项工作，仍需1013年才能解决问题；另一方面，若用1024片这样的芯片，有可能在一天内找到密钥，不过人们还无法找到足够的硅原子来制造这样一台机器。目前，尚无一片公开发表的试图对IDEA进行密码分析的文章。因此，就现在来看应当说IDEA是非常安全的。

并且，IDEA数据比较RSA算法加、解决速度快得多，又比DES算法要相对安全得多。

4、 参考文献：

《应用密码学(协议算法与C源程序)》：机械工业出版社

5、 源码：

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