利用LFSR结构设计的流密钥生成器C++实现

基于LFSR的流密钥生成器

利用2个LFSR，输出30位流密码

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
/*两个寄存器的位数 */
#define R1MASK  0x1F /* 5 bits, numbered 0..4 */
#define R2MASK  0x0F /* 4 bits, numbered 0..3 *//* 每个寄存器的中间比特 */
#define R1MID   0x02 /* bit 2 */
#define R2MID   0x02 /* bit 2 *//* 回归标志，用于钟控轮转寄存器*//* 特征多项式*//*f(x)=x^5+x^4+1;f(x)=x^4+x^3+1. */
#define R1TAPS  0x18 /* bits 4,3 */
#define R2TAPS  0x0C /* bits 3,2 *//* 输出标记，用于生成输出 */
#define R1OUT   0x10 /* bit 4 (the high bit) */
#define R2OUT   0x08 /* bit 3 (the high bit) */typedef unsigned char byte;
typedef unsigned int word;
typedef word bit;/* 计算移位后填入值 */
bit parity(word x) {x ^= x >> 8;x ^= x >> 4;x ^= x >> 2;x ^= x >> 1;return x & 1;
}/* 钟控单个寄存器 */
word clockone(word reg, word mask, word taps) {word t = reg & taps;reg = (reg << 1) & mask;reg |= parity(t);return reg;
}/* 两个钟控寄存器 */
word R1, R2;byte m[8] = { 0X01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80 };/* 根据钟控规则进行钟控*/
void clock() {bit maj = (((R1 & R1MID) >> 1)* ((R2 & R2MID) >> 1)) << 1;if ((R1 & R1MID)  == maj)R1 = clockone(R1, R1MASK, R1TAPS);if ((R2 & R2MID) == maj)R2 = clockone(R2, R2MASK, R2TAPS);}/* 对两个都进行钟控，当且仅当用于设置密钥 */
void clockallthree() {R1 = clockone(R1, R1MASK, R1TAPS);R2 = clockone(R2, R2MASK, R2TAPS);
}/* 生成输出值 */
bit getbit() {return parity(R1 & R1OUT) ^ parity(R2 & R2OUT);
}/* 进行A5/1密钥设置，这步骤需要64bit密钥和22bit帧数*/
void keysetup(byte key[2], word frame) {int i;bit keybit, framebit;/*对移位寄存器置零. */R1 = R2 = 0;/* 将密钥加载入寄存器,* 优先将每个密钥串的第一个bit作为最低有效位,*对于每个载入的密钥钟控每个寄存器一次 */for (i = 0; i < 16; i++) {clockallthree(); /* always clock */keybit = (key[i / 8] >> (i & 7)) & 1; /* The i-th bit of the
key */R1 ^= keybit; R2 ^= keybit;}/* 将帧数载入移位寄存器，优先最低有效位,对每个载入的bit钟控寄存器一次 */for (i = 0; i < 4; i++) {clockallthree(); /* always clock */framebit = (frame >> i) & 1; /* The i-th bit of the frame #
*/R1 ^= framebit; R2 ^= framebit;;}/*进行不产生输出的20次钟控来融合密钥要素与帧数*/for (i = 0; i < 20; i++) {clock();}/* 现在密钥已经完全设置完成. */
}/* 生成30bit的密钥流输出*/
void run(byte S[]) {int i;/* 将输出缓存置零. */for (i = 0; i <= 30 / 8; i++)S[i] = 0;/* 生成30bit密钥流用于*/for (i = 0; i < 30; i++) {clock();S[i / 8] |= getbit() << (7 - (i & 7));}
}
void EnCrypt(byte *p,byte * s,int len)
{int i = 0, j = 0;while (p[i] != '\0'){j = i * 8 % len; //该块开头对应的密钥bit位for (int k = j; k < j + 8; k++){p[i] ^= s[k % (len / 8 + 1)] ^ m[(k % len) % 8];}i++;}
}void test() {byte key[2] = { 0x01, 0x9C };word frame = 0x34;byte S[4] = {0};int i, failed = 0,j;keysetup(key, frame);run(S);printf("密钥为: 0x");for (i = 0; i < 2; i++)printf("%02X", key[i]);printf("\n");printf("frame number: 0x%06X\n", (unsigned int)frame);printf("\n");printf("observed output:\n");printf(" 密钥流为: 0x");for (i = 0; i < 4; i++)printf("%02X", S[i]);printf("\n\n\n");byte p[7] = "朱靖宇";i = j = 0;printf("明文为 :%s\n", p);while (p[i] != '\0'){printf("%0x ", p[i++]);}printf("\n\n");i = 0;printf(">>>>开始加密<<<<\n");EnCrypt(p, S, 30);printf("密文为: 0X");while (p[i] != '\0'){printf(" %02X", p[i]);i++;}printf("\n\n\n");i = 0;printf(">>>>开始解密<<<<\n");EnCrypt(p, S, 30);printf("明文为: ");while (p[i] != '\0'){if (i % 2)printf("%c%c", p[i - 1], p[i]);i++;}printf("\n");
}int main(void) {test();return 0;
}

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