国际数据加密算法IDEA加密原理及编码实现

老王

国际数据加密算法（International Data Encryption Algorithm，简称IDEA）最开始被称为改良建议加密标准（Improved Proposed Encryption Standard，简称IPES），是一种对称密钥分组密码，由著名密码专家James Massey与中国学者来学嘉于1990年提出。IDEA算法的提出是为了取代旧有的数据加密标准DES，但是，现在IDEA被认为是不安全的加密算法。

IDEA的明文和密文分组长度均为64位，密钥长度为128位。IDEA加密算法也属于对合函数，加密和解密共用同一个函数。和其他分组密码类似，IDEA采用基本轮函数进行8轮迭代，最后再经过一个输出变换。

IDEA加密算法将64位的明文M划分为4个子块，每个子块16位，分别记为                              ；64位的密文也分为4个子块，每个子块16位，分别记为 。128位的密钥经过子密钥产生算法生成52个16位的子密钥，每一轮加密迭代使用6个子密钥，8轮加密迭代共使用48个子密钥，剩余的4个子密钥用于最后的输出变换。

我们将第r轮加密迭代时使用的第i个子密钥标记为 ；将输出变换使用的第i个子密钥标记为 。

每一轮加密迭代的运算步骤如下所示：

(1)     与 执行乘法运算。

(2)     与 执行加法运算。

(3)     与 执行加法运算。

(4)     与 执行乘法运算。

(5)  将第(1)步和第(3)步的结果进行异或。

(6)  将第(2)步和第(4)步的结果进行异或。

(7)    将第(5)步的结果乘以 。

(8)  将第(6)步和第(7)步的结果进行相加。

(9)    将第(8)步的结果乘以 。

(10)将第(7)步和第(9)步的结果进行相加。

(11)将第(1)步和第(9)步的结果进行异或。

(12)将第(3)步和第(9)步的结果进行异或。

(13)将第(2)步和第(10)步的结果进行异或。

(14)将第(4)步和第(10)步的结果进行异或。

第(11)，(12)，(13)，(14)步的结果即为本轮加密迭代的输出结果。除了第8轮加密迭代以外，每一轮还需要将中间两个输出结果进行交换，以作为下一轮加密迭代的输入。

经过8轮加密迭代以后，得到中间输出 ，中间输出再经过输出变换得到 。输出变换的运算过程为： 与 执行乘法运算得到 ； 与 执行加法运算得到 ； 与 执行加法运算得到 ； 与 执行乘法运算得到 。

IDEA的子密钥产生算法。首先将128位的密钥划分为8个子密钥，每个子密钥16位，其中，前6个子密钥标记为 ，供第1轮加密迭代使用，后2个子密钥标记为 ，供第2轮加密迭代使用；然后，将128位的密钥循环左移35位，同样划分为8个子密钥，其中，前4个子密钥标记为 ，供第2轮加密迭代使用，后4个子密钥标记为 ，供第3轮加密迭代使用；如此继续，直到产生全部52个子密钥。