idea加密算法及原理详解

　　idea

　　IDEA 全称IntelliJ IDEA，是java语言开发的集成环境，IntelliJ在业界被公认为最好的java开发工具之一，尤其在智能代码助手、代码自动提示、重构、J2EE支持、Ant、JUnit、CVS整合、代码审查、 创新的GUI设计等方面的功能可以说是超常的。IDEA是JetBrains公司的产品，这家公司总部位于捷克共和国的首都布拉格，开发人员以严谨著称的东欧程序员为主。

　　IDEA加密算法简介

　　1、IDEA加密算法概述

　　IDEA加密算法是一个分组长度为64比特的分组密码算法，密钥长度为128比特，由8轮迭代操作实现。每个迭代都由三种函数：mod（216）加法、mod（216+1）乘法和逐位异或算法组成。整个算法包括子密钥产生、数据加密过程、数据解密过程三部分。该加密算法规定明文和密文块均为64比特，密钥长度为128比特，加解密相同，只是密钥各异。

　　（1）IDEA加密算法的加密过程

　　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个额外子密钥输出变换，所以总共需要52个子密钥，这52个子密钥都是从128比特密钥中扩展出来的。

　　输入的明文为8个字符（即64比特），将64比特数据块分成X1，X2，X3，X4四个子块，每一子块16比特。这4个子块将作为第一轮迭代的输入，全部共8轮迭代。在每一轮中，这4个子块相互异或、相加和相乘，且与6个16比特子密钥相异或、相加和相乘。最后在输出变换中4个子块与4个子密钥进行运算。加密过程如图1所示。

　　

　　1、加密密钥扩展算法的实现

　　在IDEA加密算法中，实际上是将128比特密钥扩展为832比特。每一个字节用0补足16位。具体是如何扩展的呢？在前面的扩展思想中已经知道密钥串分8个子块，循环左移7次，其中第7次循环是取前4个，所以最终形成832比特（16*8*6+16*4）。扩展密钥数组为m_nKeyEncryptBox［52］，部分代码如下：

　　byte［］asciiBytes=Encoding.Convert（unicode，ascii，unicode.GetBytes（this.m_sEncryptionKey））;

　　//将一组字符编码成一个字节序列

　　char［］asciiChars=newchar［ascii.GetCharCount（asciiBytes，0，asciiBytes.Length）］;

　　//进行字节到字符再到串的转换

　　ascii.GetChars（asciiBytes，0，asciiBytes.Length，asciiChars，0）;

　　//由密钥m_sEncryptionKey扩展成加密密钥扩展数组m_nKeyEncryptBox

　　for（j=0;j《8;j++）//加密子密钥［j］循环左移8+［j+1］位

　　加密算法

　　是旅居瑞士中国青年学者来学嘉和著名密码专家J.Massey于1990年提出的。它在1990年正式公布并在以后得到增强。这种算法是在DES算法的基础上发展出来的，类似于三重DES，和DES一样IDEA也是属于对称密钥算法。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。

　　

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　　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

　　

　　idea

　　IDEA曾今也是AES算法标准的主要竞争者，其安全性已经在国际密码年会上被证明。

　　在PGP（pretty good privacy）中，IDEA算法被采用。

　　64-位数据分组被分成4个16-位子分组：xl，X2，x3，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个子分组相列相异或，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：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。

　　在每一轮中，执行的顺序如下：（以下表述中的相加指的是两个数mod 2^256 相加，例如：（a + b） mod p，其结果是a+b算术和除以p的余数，也就是说，（a+b） = kp +r，则 （a+b） mod p =r，又例如对于下列表述中的“（2）X2和第二个子密钥相加”就是指用X2与第二个子密钥的和除以2^16（即65536）后的余数。对于以下表述中的相乘，指的是：（a × b） mod p，其结果是 a × b算术乘法除以p的余数，又例如对于下列表述中的“（1）X1和第一个子密钥相乘。”就是指用X1和第一个子密钥相乘后的积除于（2^16+1）（即65537）后的余数。异或指的是不进位加法。）

　　（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。

　　产生子密钥也很容易。这个算法用了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25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D算法结束。

　　

　　解密过程基本上一样，只是子密钥需要求逆且有些微小差别，解密子密钥要么是加密子密钥的加法逆要么是乘法逆。（对IDEA而言，对于模256十1乘，全0子分组用256=-l来表示，因此0的乘法逆是0）。计算子密钥要花点时间，但对每一个解密密钥，只需做一次。

　　关于IDEA中运用的很多概念，需要参考数论中的知识，如有疑问，可以参考以下资料：计算机密码学（卢开澄著清华大学出版社出版），计算机密码学及其应用，初等数论，数论导引（华罗庚著）等。关于IDEA运用的数学原理，均可在以上资料中获得答案。