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密码学中,RC5是一种因简洁著称的对称分组加密算法。由罗纳德·李维斯特于1994年设计,[2]“RC”代表“Rivest Cipher”,或者“Ron's Code”(相较于RC2RC4)。高级加密标准(AES)的候选算法之一RC6是基于RC5的。

RC5
RC5 InfoBox Diagram.svg
RC5分组密码的一轮(两个半轮)
概述
设计者 罗纳德·李维斯特
首次发布 1994
继承算法 RC6Akelarre
密码细节
密钥长度 0至2040位(建议128位)
分组长度 32,64或128位(建议64位)
结构费斯妥网络
重复回数 1-255(原先建议12轮)
最佳公开破解
12轮RC5(64位块大小)可用244选择明文进行差分攻击[1]

目录

简介编辑

和许多加密方法不同,RC5支持可变的块大小(32、64或128位元),密钥长度(0至2040位)和加密轮数(0~255)。最初建议选择的参数是64位的块大小,128位的密钥和12轮加密。

RC5的一个关键特征是使用基于数据的置换。RC5的其中一个目标是促进对于这类作为原始密码[來源請求]的操作的研究和评估。RC5也包括一些的取模加法和逻辑异或(XOR)运算。这个加密的一般结构是一种类费斯妥网络。加密和解密程序可以用几行代码写完,但密钥的生成算法更复杂。密钥扩展使用了e黄金比例代入一个单向函数,将所得值作为“袖子里是空的”数字(即无任何来源依据的魔法数字)。算法的诱人的简洁性和基于数据的置换的特性,让RC5吸引了众多密码研究人员将其作为研究对象。 RC5通常被记为RC5-w/r/b,w=字的大小(以bit为单位),r=加密轮数,b=密钥的字节数。

算法编辑

RC5加密和解密都将随机的密钥扩展成2(r+1)个字,在加密和解密的过程中,这些字将会被按顺序使用(而且每个字只使用一次)。以下的所有内容都来自Rivest的修订后的RC5的论文[3]

密钥扩展编辑

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。
  • Pw - 第一个魔法数字,定义为  ,其中Odd取最接近给定输入的奇数,e自然对数的底数w 见上述定义。对于常见的w值,对应的Pw 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
  • Qw -第二个魔法数字,定义为  其中Odd取最接近给定输入的奇数, 黄金比例w 见上述定义。对于共对于常见的w值,对应的Pw 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));
   }
}

加密编辑

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;
}

解密编辑

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];
}

密码分析编辑

12轮RC5(64位块)容易受到使用了244的选定的明文的差分攻击[1] 18–20轮加密则被认为可以提供足够的保护。

拥有其算法专利的公司RSA安全[4] 提供一系列的10,000美元的奖金作为破译用RC5加密的密文的奖励,但这些竞赛已经在2007年5月停止。其中的一部分已经在Distributed.net组织下利用分布式计算破解。Distributed.net暴力破解了用56位和64位密钥的RC5加密的密文,正在尝试破解72位密钥的密文;截至2018年2月,5.02%的密钥空间已被遍历。以目前的速度,这将需要大约166年以测试的每一个可能的剩余密钥,以此才能保证项目的完成。[5]这项任务启发了许多在集群计算领域的新兴的开发研究。[6]

参见编辑

参考资料编辑

  1. ^ 1.0 1.1 Biryukov A.和Kushilevitz E.(1998年)。改进的密码分析的RC5的。EUROCRYPT1998年。
  2. ^ Rivest, R. L. The RC5 Encryption Algorithm (pdf). Proceedings of the Second International Workshop on Fast Software Encryption (FSE) 1994e: 86–96. 1994. 
  3. ^ http://people.csail.mit.edu/rivest/Rivest-rc5rev.pdf
  4. ^ Rivest, R. L, "Block Encryption Algorithm With Data Dependent Rotation", 美國專利 5,724,428, issued on 3 March 1998.
  5. ^ RC5-72/项目的总体统计数据
  6. ^ Archived copy. [2014-10-28]. (原始内容存档于2014-10-28). 

外部链接编辑