TEA家族

TEA算法每一次可以操作64bit(8byte)，采用128bit(16byte)作为key，算法采用迭代的形式，推荐的迭代轮数是64轮，最少32轮(可以改变)。

TEA系列算法中均使用了一个DELTA常数，但DELTA的值对算法并无什么影响，只是为了避免不良的取值，推荐DELTA的值取为黄金分割数(5√-2)/2与232的乘积，取整后的十六进制值为0x9e3779B9(也可以改变)，用于保证每一轮加密都不相同。

XTEA：使用与TEA相同的简单运算，但四个子密钥采取不正规的方式进行混合以阻止密钥表攻击。
Block TEA算法可以对32位的任意整数倍长度的变量块进行加解密的操作，该算法将XTEA轮循函数依次应用于块中的每个字，并且将它附加于被应用字的邻字。

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，且用拥有两个输入量的MX函数代替了XTEA轮循函数。上面提到的相邻字其实就是数组中相邻的项。

算法	年代	设计目标	缺点 / 改进动因
TEA	1994	简洁、快速的加密算法	存在相关密钥攻击，弱点已知
XTEA	1997	修复 TEA 的弱点	算法结构仍然容易分析
XXTEA	1998	完全重构的块加密算法	更安全，结构非 Feistel

Feistel结构

TEA和XTEA都是Feistel网络
XXTEA完全摆脱Feustel网络

Feistel 网络（Feistel Network）是一种加密算法的结构框架。
设计理念：

把一个东西“拆成左右两半”，然后通过反复、对称的方式迭代加密。

Feistel 网络结构图

原始明文块:  (L0, R0)   #原始数据被拆成的两部分

一轮加密操作：
L1 = R0
R1 = L0 ⊕ F(R0, K0)   #轮函数

输出密文块: (L1, R1)

TEA

分组加密:
TEA算法将64位明文分成两个32位的部分（V0 和V1），使用128位密钥分成四个32位的部分（K0，K1，K2，K3）。
迭代过程：
算法通过多次迭代（循环）进行加密，每次迭代对明文分组进行变换。
- 变换:
  每次迭代都会对明文分组进行非线性变换，包括加法、左移、右移等操作。
- 密钥使用：:
  密钥的每个部分在每轮迭代中都会被使用，以确保加密的安全性。
- Delta (δ):
  常量δ（0x9e3779b9）在每一轮迭代中累加，使得每轮的加密与前一轮不同，从而提升抗差分攻击能力。
循环次数:
算法的循环次数影响加密的强度。建议使用32轮或64轮的迭代，可以根据具体应用场景调整。

解密:
解密过程与加密过程相似，但方向相反，使用相同的密钥和循环次数即可。


void ecbtea_encrypt(uint32_t* v, uint32_t* k) {
    uint32_t v0 = v[0], v1 = v[1], i;
    uint32_t delta = 0x9E3779B9;
    uint32_t sum = 0;
    uint32_t k0 = k[0], k1 = k[1], k2 = k[2], k3 = k[3];
    for (i = 0; i < 32; i++) {
        sum += delta;
        v0 += ((v1 << 4) + k0) ^ (v1 + sum) ^ ((v1 >> 5) + k1);
        v1 += ((v0 << 4) + k2) ^ (v0 + sum) ^ ((v0 >> 5) + k3);
    }
    v[0] = v0;
    v[1] = v1;
}

XTEA

不再使用对称结构，而是交替处理

1
2
3

v0 += (((v1 << 4) ^ (v1 >> 5)) + v1) ^ (sum + key[sum & 3]);
sum += delta;
v1 += (((v0 << 4) ^ (v0 >> 5)) + v0) ^ (sum + key[(sum>>11) & 3]);

XXTEA

扩展了加密块大小，可以处理任意长度的数据块（至少64位）。

将数据分成32位字数组（V[0]…V[n-1]）
仍使用128位密钥（K0-K3）

优点

可变块大小：可以处理任意长度数据块
更强的安全性：更复杂的混合函数
整体处理：对整个数据块进行操作

保持简单性：实现仍相对简单

#define DELTA 0x9e3779b9
#define MX (((z>>5^y<<2) + (y>>3^z<<4)) ^ ((sum^y) + (key[(p&3)^e] ^ z)))

rounds = 6 + 52/n;
sum = rounds * delta;
while (sum != 0) {
    e = (sum >> 2) & 3;
    for (p = n-1; p > 0; p--) {
        z = V[p-1];
        V[p] -= ((z << 4 ^ z >> 5) + z) ^ (sum + K[(p & 3) ^ e]);
    }
    z = V[n-1];
    V[0] -= ((z << 4 ^ z >> 5) + z) ^ (sum + K[(0 & 3) ^ e]);
    sum -= delta;
}

DES & AES

DES

特性：

分组加密：每次加密 64 位（8 字节）的明文块。
密钥长度：64 位密钥（其中 8 位用于奇偶校验，有效密钥是 56 位）。
加密轮数：16 轮 Feistel 结构。

加密过程:
1、初始置换（IP）
2、分为左右两部分 L0 和 R0。
3、进入 16 轮迭代，每轮：

利用子密钥对右半部分做 Feistel 函数（包含扩展、异或、S-box 替代、P置换）
与左半部分异或，交换左右。

4、最终置换（IP⁻¹）

明文 (64 位)
  ↓ IP 初始置换
分为 L0 和 R0 各 32 位
  ↓ 进入 16 轮迭代：
      Li = Ri-1
      Ri = Li-1 ⊕ F(Ri-1, Ki)
  ↓ 合并 L16 和 R16
  ↓ IP⁻¹ 逆置换
→ 密文

每轮结构：Feistel Round

输入：Li-1, Ri-1, Ki
F(Ri-1, Ki):
    - 扩展置换 E (32 → 48 位)
    - 与子密钥 Ki 异或
    - S-box 替换（8 个 S-box：48 → 32 位）
    - P 置换（重排）
输出：
    Li = Ri-1
    Ri = Li-1 ⊕ F(Ri-1, Ki)

3DES

3DES = DES × 3

密钥模式

3DES 使用 3 个子密钥（K1、K2、K3）：

3-key 模式：K1 ≠ K2 ≠ K3 → 共 168 位密钥；
2-key 模式：K1 = K3 → 共 112 位密钥；
1-key 模式：K1 = K2 = K3 → 实际就是普通 DES，不推荐使用。

加密过程

默认使用 EDE 模式：Encrypt → Decrypt → Encrypt

${\displaystyle {\textrm {ciphertext}}=E{K3}（D{K2}（E_{K1}（{\textrm {plaintext}}）））.}$

第一次：使用 K1 加密；
第二次：使用 K2 解密（增加复杂性）；
第三次：使用 K3 再加密，得到最终密文。

解密过程

${\displaystyle {\textrm {plaintext}}=D{K1}（E{K2}（D_{K3}（{\textrm {ciphertext}}））））.}$
使用 K3 解密,使用 K2 加密，然后使用 K1 解密

AES

特性

分组加密：以 128 位（16 字节）为一个分组处理。
支持三种密钥长度：
- AES-128：10 轮
- AES-192：12 轮
- AES-256：14 轮

加密过程

初始轮：

AddRoundKey

主轮（重复 9~13 次）：

字节代换SubBytes → 字节替换（S-box）
行移位ShiftRows → 行移位
列混淆MixColumns → 列混合
轮密钥加AddRoundKey → 异或子密钥

最终轮（无 MixColumns）：

SubBytes
ShiftRows
AddRoundKey

1、SubBytes（S-box 替换）

AES 的 S-box 是基于 GF(2⁸) 有限域逆元 + 仿射变换，非线性极强。
每个字节独立替换，提升抗差分攻击能力。

例如，加密时，输出的字节S1为0x12,则查S盒的第0x01行和0x02列，得到值0xc9,然后替换S1原有的0x12为0xc9。

2、ShiftRows（行移位）
第 24 行左移 13 位，实现字节扩散。

3、 MixColumns（列混合）

每列与固定矩阵相乘
计算在 GF(2⁸) 上完成

4、 AddRoundKey（轮密钥异或）

每轮都与 128 位子密钥异或，确保密钥参与每轮。

AES_ECB

from Crypto.Cipher import AES

password = b'secret!!secret!!'  # 秘钥必须为 16 字节或者 16 字节的倍数的字节型数据
text = b'TextTextTextText'  # 明文必须为 16 字节或者 16 字节的倍数的字节型数据，如果不够 16 字节需要进行补全
aes = AES.new(password, AES.MODE_ECB)  # 创建一个 aes 对象
# AES.MODE_ECB 表示模式是 ECB 模式
en_text = aes.encrypt(text)  # 加密明文
print("密文：", en_text)  # 加密明文，bytes 类型
de_text = aes.decrypt(en_text)  # 解密密文
print("明文：", de_text)

'''
密文： b'\t9\x9b\xc5\x19E\xeb4oL\x1a`\xc7\x8b\xd4\xb2'
明文： b'TextTextTextText'
'''