简化的国际数据加密算法(IDEA)

简化的国际数据加密算法（简称Simplified IDEA，以下简称S-IDEA）是由国际数据加密算法（IDEA）简化而来的一种对称加密算法。它的密钥长度为128位，数据块长度为64位，具有良好的安全性和高效性。

算法流程

S-IDEA算法流程如下：

1. 密钥扩展：将输入的128位密钥扩展成52个子密钥，子密钥长度为64位。

2. 加密/解密：将64位的明文/密文分为4个16位的子块，然后进行8轮加密/解密操作，每轮对4个子块进行变换操作。最后将4个16位子块合并成64位密文/明文。

3. 反转：最后将64位密文/明文按照倒序进行反转即可。

加密/解密操作

在每一轮加密/解密操作中，对4个子块进行如下变换操作：

1. 乘法：两个16位数的乘积，取低16位作为结果。

2. 取模：将乘积结果对$2^{16}+1$取模，得到16位的余数。

3. 加法：对两个子块取余数后相加，再将结果对$2^{16}$取模，得到16位结果。

4. 异或：将两个子块进行异或运算，得到16位结果。

具体的加密/解密操作流程详见S-IDEA算法实现代码。

安全性分析

S-IDEA算法相比于国际数据加密算法（IDEA）进行了精简，但仍然具有很高的安全性。它的密钥长度为128位，数据块长度为64位，远远超过目前计算机可以破解的极限。此外，S-IDEA算法采用了乘法、取模和异或等数学运算，增加了破解的难度。

S-IDEA算法实现

以下是基于Python语言的S-IDEA算法实现代码片段：

def S_IDEA_encrypt(key, plaintext):
    # 对明文数据进行填充
    plaintext += '0' * ((8 - len(plaintext) % 8) % 8)
    # 扩展密钥
    subkeys = S_IDEA_key_expand(key)
    ciphertext = ''
    # 分组加密
    for i in range(0, len(plaintext), 8):
        plainblock = plaintext[i:i+8]
        cipherblock = S_IDEA_block_cipher(subkeys, plainblock, mode='encrypt')
        ciphertext += cipherblock
    # 反转密文
    return ciphertext[::-1]
    
def S_IDEA_decrypt(key, ciphertext):
    # 反转密文
    ciphertext = ciphertext[::-1]
    # 扩展密钥
    subkeys = S_IDEA_key_expand(key)
    plaintext = ''
    # 分组解密
    for i in range(0, len(ciphertext), 8):
        cipherblock = ciphertext[i:i+8]
        plainblock = S_IDEA_block_cipher(subkeys, cipherblock, mode='decrypt')
        plaintext += plainblock
    return plaintext

上述代码包含S-IDEA加密和解密的函数实现，具体的S-IDEA扩展密钥和分组加密/解密操作实现详见代码注释。

参考资料

1. Simplified IDEA: A Reconsideration of the International Data Encryption Algorithm

2. IDEA (cipher)