RC5

密钥扩展算法将会在下面讲解，首先以伪代码表示，之后是用从参考资料中的论文附录中直接复制的C语言代码。

以下是论文中的命名方案，使用了这些变量名：

• w - 一个字的长度（以bit为单位)，通常是16、32或64。加密以两个字为单位进行。
• u＝w/8-一个字的长度，以字节为单位。
• b-密钥的长度，字节为单位。
• K[]-密钥，可以看作是一个由字节数据组成的数组(下标从0开始)。
• c - 密钥的长度，以字为单位(如果b=0，取1).
• L[] - 一个在密钥生成的临时数组，用来按字初始化密钥
• r - 加密的轮数。
• t=2(r+1) - 需要的轮加密的子密钥个数。
• S[] - 伪随机S数组。
• P_w - 第一个魔法数字，定义为 ${\displaystyle Odd((e-2)*2^{w})}$，其中Odd取最接近给定输入的奇数，e 为自然对数的底数，w 见上述定义。对于常见的w值，对应的P_w 在这里以十六进制给出：
  • 对于 w =16: 0xB7E1
  • 对于 w =32: 0xB7E15163
  • 对于 w =64: 0xB7E151628AED2A6B
• Q_w -第二个魔法数字，定义为 ${\displaystyle Odd((\phi -1)*2^{w})}$其中Odd取最接近给定输入的奇数，${\displaystyle \phi }$ 是黄金比例，w 见上述定义。对于共对于常见的w值，对应的P_w 在这里以十六进制给出：
  • 对于 w =16:0x9E37
  • 对于 w =32:0x9E3779B9
  • 对于 w =64:0x9E3779B97F4A7C15

# Break K into words
# u = w / 8
c = ceiling( max(b, 1) / u )
# L is initially a c-length list of 0-valued w-length words
for i = b-1 down to 0 do:
    L[i/u] = (L[i/u] << 8) + K[i]
     
# Initialize key-independent pseudorandom S array
# S is initially a t=2(r+1) length list of undefined w-length words
S[0] = P_w
for i = 1 to t-1 do:
    S[i] = S[i-1] + Q_w
    
# The main key scheduling loop
i = j = 0
A = B = 0
do 3 * max(t, c) times:
    A = S[i] = (S[i] + A + B) <<< 3
    B = L[j] = (L[j] + A + B) <<< (A + B)
    i = (i + 1) % t
    j = (j + 1) % c

# return S

实例源码由Rivest的RC5论文的附录提供。这个代码实现对应 w = 32, r = 12, b = 16。

void RC5_SETUP(unsigned char *K)
{
   // w = 32, r = 12, b = 16
   // c = max(1, ceil(8 * b/w))
   // t = 2 * (r+1)
   WORD i, j, k, u = w/8, A, B, L[c];
   
   for(i = b-1, L[c-1] = 0; i != -1; i--)
      L[i/u] = (L[i/u] << 8) + K[i];
   
   for(S[0] = P, i = 1; i < t; i++)
      S[i] = S[i-1] + Q;
   
   for(A = B = i = j = k = 0; k < 3 * t; k++, i = (i+1) % t, j = (j+1) % c)
   {
      A = S[i] = ROTL(S[i] + (A + B), 3);
      B = L[j] = ROTL(L[j] + (A + B), (A + B));
   }
}

加密涉及的一个简单的函数的几轮加密。基于安全需要和时间方面的考虑，12或20轮是建议的值。除了上述使用的变量，以下变量在算法之中使用：

• A，B - 要加密的明文的两个字。

A = A + S[0]
B = B + S[1]
for i = 1 to r do:
    A = ((A ^ B) <<< B) + S[2 * i]
    B = ((B ^ A) <<< A) + S[2 * i + 1]

# The ciphertext block consists of the two-word wide block composed of A and B, in that order.
return A, B

Rivest给出的示例C源码如下

void RC5_ENCRYPT(WORD *pt, WORD *ct)
{
   WORD i, A = pt[0] + S[0], B = pt[1] + S[1];
   
   for(i = 1; i <= r; i++)
   {
      A = ROTL(A ^ B, B) + S[2*i];
      B = ROTL(B ^ A, A) + S[2*i + 1];
   }
   ct[0] = A; ct[1] = B;
}

解密实际上就是直接把加密过程颠倒。以下代码展示了这个过程。

for i = r down to 1 do:
    B = ((B - S[2 * i + 1]) >>> A) ^ A
    A = ((A - S[2 * i]) >>> B) ^ B
B = B - S[1]
A = A - S[0]

return A, B

Rivest给出的示例C源码如下。

void RC5_DECRYPT(WORD *ct, WORD *pt)
{
   WORD i, B=ct[1], A=ct[0];
   
   for(i = r; i > 0; i--)
   {
      B = ROTR(B - S[2*i + 1], A) ^ A;
      A = ROTR(A - S[2*i], B) ^ B;
   }
   
   pt[1] = B - S[1]; pt[0] = A - S[0];
}