ＩＤＥＡ加密解密技術應用研究

[摘 要] 隨著電子商務的發展，計算機信息的保密問題顯得越來越重要，信息安全的核心是密碼技術，IDEA密碼安全技術是當今最新一門加密解密技術。

[關鍵詞] 信息安全 密碼技術

一、背景

1990年XueJia Lai和Massey開發出IDEA加密算法雛形，稱為PES，即“建議的加密標準”。第二年，根據有關專家對這—密碼算法的分析結果，設計者對該算法進行了強化并稱之為IPES，即“改進的建議加密標準”。該算法于1992年更名為IDEA，即“國際加密標準”。

IDEA有大量的弱密鑰，這些弱密鑰是否會威脅它的安全性還是一個迷。IDEA密碼能夠抵抗差分分析和線性分析。 設計者Lai認為IDEA不是一個群，但目前仍未得到證實。 Eurocrypt'97會議上給出了兩種新的攻擊低圈IDEA的方法，第一種攻擊方法可破譯大約3·5-圈的IDEA；第二種攻擊方法可破譯大約3-圈的IDEA。但從分析結果來看，這兩種攻擊方法并未對IDEA的安全性構成威脅。

IDEA(International Data Encryption Algorithm)是一種國際信息加密算法。它是1991年的瑞士ETH Zurich由James Massey 和Xueiia Lai發明的)，于l992年正式公開，是一個分組大小為64位，密鑰為l28位，迭代輪數為八輪的迭代型密碼體制。密鑰主要是通過二元和，模216加及216+l乘三種運算來完成，IDEA另一特點是用戶可以根據需求選用64位或128位密鑰以滿足所需的安全要求。

二、算法框架

輸入的64-位數據分組被分成4個16-位子分組：xl，X2，x3和x4。這4個子分組成為算法的第一輪的輸入，總共有8輪。在每一輪中，這4個子分組相互相異或，相加，相乘，且與6個16-位子密鑰相異或，相加，相乘。在輪與輪間，第二和第三個子分組交換。最后在輸出變換中4個子分組與4個子密鑰進行運算。

在每一輪中，執行的順序如下：

(1)X1和第一個子密鑰相乘。(2)x2和第二個子密鑰相加。(3)X3和第三個子密鑰相加。(4)x4和第四個子密鑰相乘。(5)將第(1)步和第(3)步的結果相異或。 (6)將第(2)步和第(4)步的結果相異或。(7)將第(5)步的結果與第五個子密鑰相乘。(8)將第(6)步和第(7)步的結果相加。(9)將第(8)步的結果與第六個子密鑰相乘。(10)將第(7)步和第(9)步的結果相加。(11)將第(1)步和第(9)步的結果相異或。(12)將第(3)步和第(9)步的結果相異或。(13)將第(2)步和第(10)步的結果相異或。(14)將第(4)步和第(10)步的結果相異或。

每一輪的輸出是第(11)、(12)、(13)和(14) 步的結果形成的4個子分組。將中間兩個分組分組交換(最后一輪除外)后，即為下一輪的輸入。

經過8輪運算之后，有一個最終的輸出變換：

(1)X1和第一個子密鑰相乘。(2)x2和第二個子密鑰相加。(3)x3和第三個子密鑰相加。(4)x4和第四個子密鑰相乘。

最后，這4個子分組重新連接到一起產生密文。產生子密鑰也很容易。這個算法用了52個子密鑰(8輪中的每一輪需要6個，其他4個用與輸出變換)。首先，將128-位密鑰分成8個16-位子密鑰。這些是算法的第一批8個子密鑰（第一輪六個，第二輪的頭兩個）。然后，密鑰向左環移x位后再分成8個子密鑰。開始4個用在第二輪，后面4個用在第三輪。密鑰再次向左環移25位產生另外8個子密鑰，如此進行直到算法結束。

三、加密解密算法詳解

1.產生密鑰。算法用了52個子密鑰(8輪中的每一輪需要6個，其他4個用與輸出變換)。首先，將128-位密鑰分成8個16-位子密鑰。這些是算法的第一批8個子密鑰（第一輪六個，第二輪的頭兩個）。然后，密鑰向左環移x位后再分成8個子密鑰。開始4個用在第二輪，后面4個用在第三輪。密鑰再次向左環移25位產生另外8個子密鑰，如此進行直到算法結束。具體是：

IDEA總共進行8輪迭代操作，每輪需要6個子密鑰，另外還需要4個額外子密鑰，所以總共需要52個子密鑰，這個52個子密鑰都是從128位密鑰中擴展出來的。

首先把輸入的Key分成8個16位的子密鑰， 1~6號子密鑰供第一輪加密使用，7~8號子密鑰供第二輪使用，然后把這個128位密鑰循環左移25位，這樣Key = k26k27k28…k24k25。

把新生成的Key在分成8個16位的子密鑰，1~4號子密鑰供第二輪加密使用(前面已經提供了兩個)5~8號子密鑰供第三輪加密使用。到此我們已經得到了16個子密鑰，如此繼續，當循環左移了5次之后已經生成了48個子密鑰，還有四個額外的子密鑰需要生成，再次把Key循環左移25位，選取劃分出來的8個16位子密鑰的前4個作為那4個額外的加密密鑰.供加密使用的52個子密鑰生成完畢。

輸入的64-位數據分組被分成4個16-位子分組：xl，X2，x3和x4。這4個子分組成為算法的第一輪的輸入，總共有8輪。在每一輪中，這4個子分組相互相異或，相加，相乘，且與6個16-位子密鑰相異或，相加，相乘。在輪與輪間，第二和第三個子分組交換。最后在輸出變換中4個子分組與4個子密鑰進行運算。

2.加、解密過程。在每一輪中，執行的順序如下：(1)X1和第一個子密鑰相乘。(2)x2和第二個子密鑰相加。(3)X3和第三個子密鑰相加。(4)x4和第四個子密鑰相乘。(5)將第(1)步和第(3)步的結果相異或。 (6)將第(2)步和第(4)步的結果相異或。(7)將第(5)步的結果與第五個子密鑰相乘。(8)將第(6)步和第(7)步的結果相加。(9)將第(8)步的結果與第六個子密鑰相乘。(10)將第(7)步和第(9)步的結果相加。(11)將第(1)步和第(9)步的結果相異或。(12)將第(3)步和第(9)步的結果相異或。(13)將第(2)步和第(10)步的結果相異或。(14)將第(4)步和第(10)步的結果相異或。

每一輪的輸出是第(11)、(12)、(13)和(14)步的結果形成的4個子分組。將中間兩個分組分組交換(最后一輪除外)后，即為下一輪的輸入。

經過8輪運算之后，有一個最終的輸出變換：

(1)X1和第一個子密鑰相乘。(2)x2和第二個子密鑰相加。(3)x3和第三個子密鑰相加。(4)x4和第四個子密鑰相乘。

最后，這4個子分組重新連接到一起產生密文。

四、評價

IDEA算法的密鑰長度為128位。設計者盡最大努力使該算法不受差分密碼分析的影響，數學家已證明IDEA算法在其8圈迭代的第4圈之后便不受差分密碼分析的影響了。假定窮舉法攻擊有效的話，那么即使設計一種每秒種可以試驗10億個密鑰的專用芯片，并將10億片這樣的芯片用于此項工作，仍需1013年才能解決問題；另一方面，若用1024片這樣的芯片，有可能在一天內找到密鑰，不過人們還無法找到足夠的硅原子來制造這樣一臺機器。目前，尚無一片公開發表的試圖對IDEA進行密碼分析的文章。因此，就現在來看應當說IDEA是非常安全的。并且，IDEA數據比較RSA算法加、解決速度快得多，又比DES算法要相對安全得多。

參考文獻：

[1]陳 運:信息加密原理[M].成都:電子科技大學出版社，1990

[2]黃 偉:加密與解密算法研究[J].論文天下論文網