Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание - Бьёрн Страуструп

реализации на других языках программирования можно найти на веб-странице http://en.wikipedia.org/wiki/Tiny_Encryption_Algorithm или на сайте, посвященному алгоритму TEA и созданному профессором Саймоном Шепердом (Simon Shepherd) из Университета Брэдфорда (Bradford University), Англия. Этот код не является самоочевидным (без комментариев!).

Основная идея шифрования/дешифрования (кодирования/декодирования) проста. Я хочу послать вам некий текст, но не хочу, чтобы его прочитал кто-то другой. Поэтому я преобразовываю свой текст так, чтобы он стал непонятным для людей, которые не знают, как именно я его модифицировал, но так, чтобы вы могли произвести обратное преобразование и прочитать мой текст. Эта процедура называется шифрованием. Для того чтобы зашифровать текст, я использую алгоритм (который должен считать неизвестным нежелательным соглядатаям) и строку, которая называется ключом. У вас этот ключ есть (и надеемся, что его нет у нежелательного соглядатая). Когда вы получите зашифрованный текст, вы расшифруете его с помощью ключа; другими словами, восстановите исходный текст, который я вам послал.

Алгоритм TEA получает в качестве аргумента два числа типа long без знака (v[0], v[1]), представляющие собой восемь символов, которые должны быть зашифрованы; массив, состоящий из двух чисел типа long без знака (w[0], w[1]), в который будет записан результат шифрования; а также массив из четырех чисел типа long без знака (k[0]..k[3]), который является ключом.

void encipher(

  const unsigned long *const v,

  unsigned long *const w,

  const unsigned long * const k)

  {

    unsigned long y = v[0];

    unsigned long z = v[1];

    unsigned long sum = 0;

    unsigned long delta = 0x9E3779B9;

    unsigned long n = 32;

    while(n–– > 0) {

      y += (z << 4 ^ z >> 5) + z ^ sum + k[sum&3];

      sum += delta;

      z += (y << 4 ^ y >> 5) + y ^ sum + k[sum>>11 & 3];

    }

    w[0]=y; w[1]=z;

  }

}

Поскольку все данные не имеют знака, мы можем выполнять побитовые операции, не опасаясь сюрпризов, связанных с отрицательными числами. Основные вычисления выполняются с помощью сдвигов (<< и >>), исключительного “или” (^) и побитовой операции “и” (&) наряду с обычным сложением (без знака). Этот код написан специально для машины, в которой тип long занимает четыре байта. Код замусорен “магическими” константами (например, он предполагает, что значение sizeof(long) равно 4). Обычно так поступать не рекомендуется, но в данном конкретном коде все это ограничено одной страницей, которую программист с хорошей памятью должен запомнить как математическую формулу. Дэвид Уиллер хотел шифровать свои тексты, путешествуя без ноутбуков и других устройств. Программа кодирования и декодирования должна быть не только маленькой, но и быстрой. Переменная n определяет количество итераций: чем больше количество итераций, тем сильнее шифр. Насколько нам известно, при условии n==32 алгоритм TEA никогда не был взломан.

Приведем соответствующую функцию декодирования.

void decipher(

  const unsigned long *const v,

  unsigned long *const w,

  const unsigned long * const k)

  {

    unsigned long y = v[0];

    unsigned long z = v[1];

    unsigned long sum = 0xC6EF3720;

    unsigned long delta = 0x9E3779B9;

    unsigned long n = 32;

    // sum = delta<<5, в целом sum = delta * n

    while(n–– > 0) {

      z –= (y << 4 ^ y >> 5) + y ^ sum + k[sum>>11 & 3];

      sum –= delta;

      y –= (z << 4 ^ z >> 5) + z ^ sum + k[sum&3];

    }

    w[0]=y; w[1]=z;

  }

}

Мы можем использовать алгоритм TEA для того, чтобы создать файл, который можно передавать по незащищенной линии связи.

int main() // отправитель

{

  const int nchar = 2*sizeof(long); // 64 бита

  const int kchar = 2*nchar; // 128 битов

  string op;

  string key;

  string infile;

  string outfile;

  cout << "введите имя файлов для ввода, для вывода и ключ:n";

  cin >> infile >> outfile >> key;

  while (key.size()<kchar) key += '0'; // заполнение ключа

  ifstream inf(infile.c_str());

  ofstream outf(outfile.c_str());

  if (!inf || !outf) error("Неправильное имя файла");

  const unsigned long* k =

    reinterpret_cast<const unsigned long*>(key.data());

  unsigned long outptr[2];

  char inbuf[nchar];

  unsigned long* inptr = reinterpret_cast<unsigned

  long*>(inbuf);

  int count = 0;

  while (inf.get(inbuf[count])) {

    outf << hex;       // используется шестнадцатеричный вывод

    if (++count == nchar) {

      encipher(inptr,outptr,k);

      // заполнение ведущими нулями:

      outf << setw(8) << setfill('0') << outptr[0] << ' '

           << setw(8) << setfill('0') << outptr[1] << ' ';

      count = 0;

    }

  }

  if (count) { // заполнение

    while(count != nchar) inbuf[count++] = '0';

    encipher(inptr,outptr,k);

    outf << outptr[0] << ' ' << outptr[1] << ' ';

  }

}

Основной частью кода является цикл while; остальная часть носит вспомогательный характер. Цикл while считывает символы в буфер ввода inbuf и каждый раз, когда алгоритму TEA нужны очередные восемь символов, передает их функции encipher(). Алгоритм TEA не проверяет символы; фактически он не имеет представления об информации, которая шифруется. Например, вы можете зашифровать фотографию или телефонный разговор. Алгоритму TEA требуется лишь, чтобы на его вход поступало 64 бита (два числа типа long без знака), которые он будет преобразовывать. Итак, берем указатель на строку inbuf, превращаем его в указатель типа unsigned long* без знака и передаем его алгоритму TEA. То же самое мы делаем с ключом; алгоритм TEA использует первые 128 битов (четыре числа типа unsigned long), поэтому мы дополняем вводную информацию, чтобы она занимала 128 битов. Последняя инструкция дополняет текст нулями, чтобы его длина была кратной 64 битам (8 байтов) в соответствии с требованием алгоритма TEA.

Как передать зашифрованный текст? Здесь у нас есть выбор, но поскольку