TEA加密算法与密钥管理

关于加密与安全，廖雪峰网站上有一个系统的介绍

TEA算法

TEA算法在腾讯QQ中大量使用。算法简单，容易实现，但是加密强度并不小，适合在嵌入式系统中使用。
TEA算法（Tiny Encryption Algorithm，小型加密算法）由剑桥大学计算机实验室的David Wheeler和Roger Needham于1994年发明。它是一种分组密码算法，其明文密文块为64比特，密钥长度为128比特。TEA算法利用不断增加的Delta(黄金分割率)值作为变化，使得每轮的加密是不同，该加密算法的迭代次数可以改变，建议的迭代次数为32轮。
TEA的结构类似于Feistel 密码结构，Feistel结构中一轮操作的左半部分与F函数输出是进行异或的运算（加解密流程相同）；而TEA加密是进行+操作，解密时进行-操作（加解密流程不同）。说TEA是小型加密算法，其实是说其F函数比较简单，不像DES的F函数那么复杂，TEA的F函数只是进行简单的移位、加法、异或等操作，但是这不意味着TEA加密算法不安全。
TEA的一轮结构如下图：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>//加密函数
void encrypt (uint32_t* v, uint32_t* k) {uint32_t v0=v[0], v1=v[1], sum=0, i;           /* set up */uint32_t delta=0x9e3779b9;                     /* a key schedule constant */uint32_t k0=k[0], k1=k[1], k2=k[2], k3=k[3];   /* cache key */for (i=0; i < 32; i++) {                       /* basic cycle start */sum += delta;v0 += ((v1<<4) + k0) ^ (v1 + sum) ^ ((v1>>5) + k1);v1 += ((v0<<4) + k2) ^ (v0 + sum) ^ ((v0>>5) + k3);}                                              /* end cycle */v[0]=v0; v[1]=v1;
}
//解密函数
void decrypt (uint32_t* v, uint32_t* k) {uint32_t v0=v[0], v1=v[1], sum=0xC6EF3720, i;  /* set up */uint32_t delta=0x9e3779b9;                     /* a key schedule constant */uint32_t k0=k[0], k1=k[1], k2=k[2], k3=k[3];   /* cache key */for (i=0; i<32; i++) {                         /* basic cycle start */v1 -= ((v0<<4) + k2) ^ (v0 + sum) ^ ((v0>>5) + k3);v0 -= ((v1<<4) + k0) ^ (v1 + sum) ^ ((v1>>5) + k1);sum -= delta;}                                              /* end cycle */v[0]=v0; v[1]=v1;
}int main()
{uint32_t v[2]={1,2},k[4]={2,2,3,4};// v为要加密的数据是两个32位无符号整数// k为加密解密密钥，为4个32位无符号整数，即密钥长度为128位printf("加密前原始数据：%u %u\n",v[0],v[1]);encrypt(v, k);printf("加密后的数据：%u %u\n",v[0],v[1]);decrypt(v, k);printf("解密后的数据：%u %u\n",v[0],v[1]);return 0;
}

该算法中，被加密的数据是两个数字，密钥是4个无符号的32位整数（共128bit）。事实上，被加密的数据也可以是字符串，一个完整的例子如下：
TEA加密算法详解
https://jingyan.baidu.com/article/b2c186c829035dc46ef6ffd7.html

密钥的生成

密钥不能采用固定的密钥值，每个设备的密钥都不一样（每个设备的密钥本身也要是随机值，或者采用某种算法包装的不易被发现规律的值）。这样，即使加密算法被破解也无法破解数据，即使某个设备的密钥被拿到，其它设备的密钥也无法知道，依然无法破解其他设备的数据。
方法一：key = fun(设备ID+设备入网时间)
安全性分析：即使破解了TEA算法，还要再次破解密钥的算法。
方法二：key = fun(设备ID+设备入网时间+随机数)
备注：在设备出厂时自带一个唯一的随机数（不能用设备ID，因为ID有规律可循），入网时将该随机数告诉服务器，服务器将设备的随机数存储下来。(由于入网时间已经带有一定的随机性，可部分替代随机数，无需另外的随机数了)
安全性分析：TEA算法+密钥算法+随机数

fun函数可以使用MD5算法，可以在单片机上实现。
MD5算法特点：
1、压缩性：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。
2、容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。
3、抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。
4、强抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。