TEA加密算法

本文最后更新于：2022年7月21日 下午

TEA加密算法

TEA (Tiny Encryption Algorithm) 算法是一种分组加密算法，使用64位明文分组和128位密钥，利用一个神奇的数字0xC6EF3720来防止一些攻击，这个数字是232/ϕ2^{32}/\phi。

目前网上的图不是很清晰，所以我做了一个新的图：

TEA

代码

代码维护于GitHub，对于非整数长度的密钥和明文进行pad，pad方式使用RFC 5652 #6.3（在Github库中可找到相关文件）。本实现未改动字节序，数字1的32bit表示是00 00 00 01而非01 00 00 00。

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# -*- coding: utf-8 -*-
#
# coded by Kamino, 2022, <kamino@cuc.edu.cn>
#
# It is a simple implementation of the Tiny Encryption algorithm in Python3.10.
# Distributed freely with attribution.
# This code is based on TEA, a Tiny Encryption Algorithm.
# It is not recommended to use this code in practice. For security
# and performance, please use other repo.
#
import bitarray as ba
from bitarray.util import ba2int, int2ba, hex2ba
from ctypes import c_uint32


class TEA:
    def __init__(self, key: bytes):
        # assert len(key) == 16  # 128 bits
        key = self.pad(key, max_len=16)
        self.key = [ba2int(hex2ba(key[i * 4:i * 4 + 4].hex())) for i in range(4)]
        self.delta = 0x9E3779B9

    @staticmethod
    def pad(x: bytes, max_len=8):
        """
        RFC 5652 #6.3 PKCS#7 Padding
        example: 7F [] [] [] [] [] [] [] -> 7F 07 07 07 07 07 07 07
                 81 F1 B2 1C [] [] [] [] -> 81 F1 B2 1C 04 04 04 04
        """
        pad_len = max_len - len(x) % max_len
        hex_len = hex(pad_len)[2:]
        if len(hex_len) % 2 != 0:
            hex_len = "0" + hex_len
        return x if pad_len == max_len else x + pad_len * bytes.fromhex(hex_len)

    @staticmethod
    def unpad(x: bytes):
        """
        Detect Padding
        """
        item = x.hex()[-2:]
        if item not in ['01', '02', '03', '04', '05', '06', '07']:
            return x
        item_num = int(item)
        if not x[-item_num:].hex() == item * item_num:
            return x
        return x[:-item_num]

    def encrypt(self, data: bytes):
        data = self.pad(data)
        res = ba.bitarray()
        for i in range(len(data) // 8):
            delta_sum = c_uint32(0)
            plaintext = ba.bitarray()
            plaintext.frombytes(data[i * 8:(i + 1) * 8])
            y, z = c_uint32(ba2int(plaintext[:32])), c_uint32(ba2int(plaintext[32:]))
            for n in range(32):
                delta_sum.value += self.delta
                y.value += ((z.value << 4) + self.key[0]) ^ (z.value + delta_sum.value) ^ ((z.value >> 5) + self.key[1])
                z.value += ((y.value << 4) + self.key[2]) ^ (y.value + delta_sum.value) ^ ((y.value >> 5) + self.key[3])
            res += int2ba(y.value, 32) + int2ba(z.value, 32)
        return res.tobytes().hex()

    def decrypt(self, data: bytes):
        res = ba.bitarray()
        for i in range(len(data) // 8):
            delta_sum = c_uint32(0xC6EF3720)
            ciphertext = ba.bitarray()
            ciphertext.frombytes(data[i * 8:(i + 1) * 8])
            y, z = c_uint32(ba2int(ciphertext[:32])), c_uint32(ba2int(ciphertext[32:]))
            for n in range(32):
                z.value -= ((y.value << 4) + self.key[2]) ^ (y.value + delta_sum.value) ^ ((y.value >> 5) + self.key[3])
                y.value -= ((z.value << 4) + self.key[0]) ^ (z.value + delta_sum.value) ^ ((z.value >> 5) + self.key[1])
                delta_sum.value -= self.delta
            res += int2ba(y.value, 32) + int2ba(z.value, 32)
        return self.unpad(res.tobytes())


tea = TEA(b'123456')
cipher_text = tea.encrypt(b'Hello World!')
print(cipher_text)
plain_text = tea.decrypt(bytes.fromhex(cipher_text))
print(plain_text)

应用场景

TEA适用于对算法效率高、算法限制少、安全性要求不是特别高的场景。

比如当下火热的直播，直播的视频信息需要加密，但是由于视频信息量大，为了减少延迟可以采用这种效率高的算法；同时直播的信息很容易过时，所以对算法安全性要求不是特别大；同时企业可能因为需要降低成本而采用TEA这种开源无版权算法。