Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

Не следует слишком глубоко вникать в этот код (если вы не слишком любознательны или не хотите заработать головную боль). Мы приводим его просто для того, чтобы вы почувствовали вкус реального приложения и ощутили полезность манипулирования битами. Если хотите изучать вопросы шифрования, найдите другой учебник. Более подробную информацию об этом алгоритме и варианты его 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;