XXTEA 加密算法的 JavaScript 和 PHP 实现

微型加密算法（TEA）及其相关变种（XTEA，Block TEA，XXTEA） 都是分组加密算法，它们很容易被描述，实现也很简单（典型的几行代码）。

TEA 算法最初是由剑桥计算机实验室的 David Wheeler 和 Roger Needham 在 1994 年设计的。该算法使用 128 位的密钥为 64 位的信息块进行加密，它需要进行 64 轮迭代，尽管作者认为 32 轮已经足够了。该算法使用了一个神秘常数δ作为倍数，它来源于黄金比率，以保证每一轮加密都不相同。但δ的精确值似乎并不重要，这里 TEA 把它定义为 δ=「(√5 - 1)2³¹」（也就是程序中的 0×9E3779B9）。

之后 TEA 算法被发现存在缺陷，作为回应，设计者提出了一个 TEA 的升级版本——XTEA（有时也被称为“tean”）。XTEA 跟 TEA 使用了相同的简单运算，但它采用了截然不同的顺序，为了阻止密钥表攻击，四个子密钥（在加密过程中，原 128 位的密钥被拆分为 4 个 32 位的子密钥）采用了一种不太正规的方式进行混合，但速度更慢了。

在跟描述 XTEA 算法的同一份报告中，还介绍了另外一种被称为 Block TEA 算法的变种，它可以对 32 位大小任意倍数的变量块进行操作。该算法将 XTEA 轮循函数依次应用于块中的每个字，并且将它附加于它的邻字。该操作重复多少轮依赖于块的大小，但至少需要 6 轮。该方法的优势在于它无需操作模式（CBC，OFB，CFB 等），密钥可直接用于信息。对于长的信息它可能比 XTEA 更有效率。

在 1998 年，Markku-Juhani Saarinen 给出了一个可有效攻击 Block TEA 算法的代码，但之后很快 David J. Wheeler 和 Roger M. Needham 就给出了 Block TEA 算法的修订版，这个算法被称为 XXTEA。XXTEA 使用跟 Block TEA 相似的结构，但在处理块中每个字时利用了相邻字。它利用一个更复杂的 MX 函数代替了 XTEA 轮循函数，MX 使用 2 个输入量。

XXTEA 算法很安全，而且非常快速，非常适合应用于 Web 开发中。但目前似乎很少有人将该算法用于实际开发中。甚至国内尚无介绍该算法的文章（至少在 Google 上搜索不到这方面的中文文章，关于密码学算法的书中也未见提及）。我在 Google 上搜索到了几个国外的 XXTEA 算法的实现（见参考文献），但基本上都是 JavaScript 的，但这些 JavaScript 实现也有一些问题，如果加密字符串长度不是 4 的整数倍，则这些实现的在加密后无法真正还原，还原以后的字符串实际上与原字符串不相等，而是后面多了一些 \0 的字符，或者少了一些 \0 的字符。

原因在于 XXTEA 算法只定义了如何对 32 位的信息块数组（实际上是 32 位无符号整数数组）进行加密，而并没有定义如何来将字符串编码为这种数组。而现有的实现中在将字符串编码为整数数组时，都丢失了字符串长度信息，因此还原出现了问题。另外单纯的 JavaScript 是没有意义的，因为单纯的客户端加密解密是不能有效保证信息的安全性的。因此我写了这个 JavaScript 和 PHP 实现，这两种实现在字符串编码上采用的算法是一致的，因此 JavaScript 加密的内容可以用 PHP 实现的解密算法进行解密，反之亦然。

注意：如果需要在 JavaScript 中加密解密带有汉字的信息， 在加密时，需要先将带加密信息用 utf16to8 进行转换，解密时，需要将解密后的内容再用 utf8to16 还原。如果要在 PHP 和 JavaScript 之间传递带有汉字的加密信息，原信息需要用 UTF-8 字符集。

 

PHP 实现代码

xxtea.php

1. <?php
2. /* XXTEA encryption arithmetic library.
3. *
4. * Copyright (C) 2006 Ma Bingyao <[email protected]>
5. * Version:      1.5
6. * LastModified: Dec 5, 2006
7. * This library is free.  You can redistribute it and/or modify it.
8. */
9.  
10. function long2str($v, $w) {
11.     $len = count($v);
12.     $n = ($len - 1) << 2;
13.     if ($w) {
14.         $m = $v[$len - 1];
15.         if (($m < $n - 3) || ($m > $n)) return false;
16.         $n = $m;
17.     }
18.     $s = array();
19.     for ($i = 0; $i < $len; $i++) {
20.         $s[$i] = pack("V", $v[$i]);
21.     }
22.     if ($w) {
23.         return substr(join('', $s), 0, $n);
24.     }
25.     else {
26.         return join('', $s);
27.     }
28. }
29.  
30. function str2long($s, $w) {
31.     $v = unpack("V*", $s. str_repeat("\0", (4 - strlen($s) % 4) & 3));
32.     $v = array_values($v);
33.     if ($w) {
34.         $v[count($v)] = strlen($s);
35.     }
36.     return $v;
37. }
38.  
39. function int32($n) {
40.     while ($n >= 2147483648) $n -= 4294967296;
41.     while ($n <= -2147483649) $n += 4294967296;
42.     return (int)$n;
43. }
44.  
45. function xxtea_encrypt($str, $key) {
46.     if ($str == "") {
47.         return "";
48.     }
49.     $v = str2long($str, true);
50.     $k = str2long($key, false);
51.     if (count($k) < 4) {
52.         for ($i = count($k); $i < 4; $i++) {
53.             $k[$i] = 0;
54.         }
55.     }
56.     $n = count($v) - 1;
57.  
58.     $z = $v[$n];
59.     $y = $v[0];
60.     $delta = 0x9E3779B9;
61.     $q = floor(6 + 52 / ($n + 1));
62.     $sum = 0;
63.     while (0 < $q--) {
64.         $sum = int32($sum + $delta);
65.         $e = $sum >> 2 & 3;
66.         for ($p = 0; $p < $n; $p++) {
67.             $y = $v[$p + 1];
68.             $mx = int32((($z >> 5 & 0x07ffffff) ^ $y << 2) + (($y >> 3 & 0x1fffffff) ^ $z << 4)) ^ int32(($sum ^ $y) + ($k[$p & 3 ^ $e] ^ $z));
69.             $z = $v[$p] = int32($v[$p] + $mx);
70.         }
71.         $y = $v[0];
72.         $mx = int32((($z >> 5 & 0x07ffffff) ^ $y << 2) + (($y >> 3 & 0x1fffffff) ^ $z << 4)) ^ int32(($sum ^ $y) + ($k[$p & 3 ^ $e] ^ $z));
73.         $z = $v[$n] = int32($v[$n] + $mx);
74.     }
75.     return long2str($v, false);
76. }
77.  
78. function xxtea_decrypt($str, $key) {
79.     if ($str == "") {
80.         return "";
81.     }
82.     $v = str2long($str, false);
83.     $k = str2long($key, false);
84.     if (count($k) < 4) {
85.         for ($i = count($k); $i < 4; $i++) {
86.             $k[$i] = 0;
87.         }
88.     }
89.     $n = count($v) - 1;
90.  
91.     $z = $v[$n];
92.     $y = $v[0];
93.     $delta = 0x9E3779B9;
94.     $q = floor(6 + 52 / ($n + 1));
95.     $sum = int32($q * $delta);
96.     while ($sum != 0) {
97.         $e = $sum >> 2 & 3;
98.         for ($p = $n; $p > 0; $p--) {
99.             $z = $v[$p - 1];
100.             $mx = int32((($z >> 5 & 0x07ffffff) ^ $y << 2) + (($y >> 3 & 0x1fffffff) ^ $z << 4)) ^ int32(($sum ^ $y) + ($k[$p & 3 ^ $e] ^ $z));
101.             $y = $v[$p] = int32($v[$p] - $mx);
102.         }
103.         $z = $v[$n];
104.         $mx = int32((($z >> 5 & 0x07ffffff) ^ $y << 2) + (($y >> 3 & 0x1fffffff) ^ $z << 4)) ^ int32(($sum ^ $y) + ($k[$p & 3 ^ $e] ^ $z));
105.         $y = $v[0] = int32($v[0] - $mx);
106.         $sum = int32($sum - $delta);
107.     }
108.     return long2str($v, true);
109. }
110. ?>

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