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sober算子C语言代码如何实现？

99ANYc3cd6
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作者有点忙，还没来得及写简介......
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在标准的计算机科学或密码学领域，并没有一个广泛公认的、名为 "sober" 的标准算子（如加法、乘法、位与等），这个术语非常具体,通常指向一个特定的密码学算法家族。

sober算子c 语言代码
（图片来源网络，侵删）

根据上下文，"sober" 算子最有可能指的是 SOBER 密码算法，SOBER 是一组流密码算法，由 Greg Rose 和 Philip Hawkes 设计，以其高效和简洁著称，它特别适合在资源受限的环境（如嵌入式系统）中实现。

我将为您提供一个基于 SOBER-128 流密码算法的 C 语言实现，SOBER-128 是这个家族中最著名的一个版本，它是一个伪随机数生成器，其输出流可以用于加密（通过异或操作）。

SOBER-128 算法简介

SOBER-128 是一个基于 LFSR（线性反馈移位寄存器）的流密码，它的核心是一个 17 位的 LFSR 和一个非线性函数 f。

  1. 状态: 算法内部维护一个 17 位的内部状态 s。
  2. 非线性函数 f: 这个函数是算法安全性的关键，它接收 17 位的输入，并输出 32 位的伪随机数。
  3. 密钥和初始化向量: 加密需要一个 128 位的密钥和一个 128 位的初始化向量，IV 用于确保即使使用相同的密钥,每次加密也是不同的。
  4. 初始化: 在生成密钥流之前，算法会用密钥和 IV 初始化其内部状态，这个过程称为“密钥调度”。
  5. 密钥流生成: 初始化后，算法会不断调用非线性函数 f 来生成 32 位的密钥流数据块，这些数据块会与明文进行异或操作,从而得到密文。

C 语言代码实现

下面是一个完整的、可编译运行的 C 语言实现，包含了 SOBER-128 的核心逻辑。

sober算子c 语言代码
（图片来源网络，侵删）
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
// 定义17位的内部状态，使用uint32_t方便操作，但只使用低17位
typedef struct {
    uint32_t s;
} sober128_state_t;
// 定义非线性函数 f(s)
// 这是SOBER-128算法的核心
static uint32_t f(uint32_t s) {
    s ^= (s << 5);
    s ^= (s >> 7);
    s ^= (s << 3);
    return s;
}
// 初始化SOBER-128状态
// key: 16字节的密钥
// iv: 16字节的初始化向量
void sober128_init(sober128_state_t* state, const uint8_t key[16], const uint8_t iv[16]) {
    uint32_t k0, k1, k2, k3;
    uint32_t i0, i1, i2, i3;
    // 将密钥和IV转换为32位字
    memcpy(&k0, key, sizeof(k0));
    memcpy(&k1, key + 4, sizeof(k1));
    memcpy(&k2, key + 8, sizeof(k2));
    memcpy(&k3, key + 12, sizeof(k3));
    memcpy(&i0, iv, sizeof(i0));
    memcpy(&i1, iv + 4, sizeof(i1));
    memcpy(&i2, iv + 8, sizeof(i2));
    memcpy(&i3, iv + 12, sizeof(i3));
    // 初始化状态 (s = k0 + i0)
    state->s = (k0 + i0) & 0x1FFFF; // 0x1FFFF 是 17位全为1的掩码
    // 密钥调度：通过多次调用f来“洗牌”状态
    // 这一步是确保密钥和IV充分影响内部状态
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        uint32_t t = f(state->s);
        state->s = (state->s + t + k1 + i1) & 0x1FFFF;
        k1++;
        i1++;
    }
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        uint32_t t = f(state->s);
        state->s = (state->s + t + k2 + i2) & 0x1FFFF;
        k2++;
        i2++;
    }
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        uint32_t t = f(state->s);
        state->s = (state->s + t + k3 + i3) & 0x1FFFF;
        k3++;
        i3++;
    }
}
// 生成密钥流
// state: SOBER-128状态
// output: 输出缓冲区，用于存放生成的32位密钥流
void sober128_keystream(sober128_state_t* state, uint8_t output[4]) {
    // 生成32位密钥流
    uint32_t keystream = f(state->s);
    // 更新状态
    // LFSR的反馈多项式是 x^17 + x^3 + 1
    // (state->s >> 16) & 1 是 s[16]
    // (state->s >> 2) & 1  是 s[2]
    // (state->s >> 0) & 1  是 s[0]
    uint32_t feedback = ((state->s >> 16) & 1) ^ ((state->s >> 2) & 1) ^ ((state->s >> 0) & 1);
    state->s = ((state->s << 1) | feedback) & 0x1FFFF;
    // 将生成的密钥流字节存入输出缓冲区
    memcpy(output, &keystream, sizeof(keystream));
}
// 加密/解密函数 (对于流密码，两者是相同的操作)
// input: 输入数据（明文或密文）
// output: 输出数据（密文或明文）
// len: 数据长度（字节）
void sober128_crypt(sober128_state_t* state, const uint8_t* input, uint8_t* output, size_t len) {
    uint8_t keystream_block[4];
    size_t i = 0;
    // 一次处理4字节（32位）
    while (len >= 4) {
        sober128_keystream(state, keystream_block);
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            output[i + j] = input[i + j] ^ keystream_block[j];
        }
        i += 4;
        len -= 4;
    }
    // 处理剩余的不足4字节的数据
    if (len > 0) {
        sober128_keystream(state, keystream_block);
        for (int j = 0; j < len; j++) {
            output[i + j] = input[i + j] ^ keystream_block[j];
        }
    }
}
// --- 示例用法 ---
int main() {
    // 定义密钥和IV (16字节)
    uint8_t key[16] = {0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07,
                       0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F};
    uint8_t iv[16] = {0xF0, 0xF1, 0xF2, 0xF3, 0xF4, 0xF5, 0xF6, 0xF7,
                      0xF8, 0xF9, 0xFA, 0xFB, 0xFC, 0xFD, 0xFE, 0xFF};
    // 明文
    uint8_t plaintext[] = "This is a secret message from SOBER-128!";
    size_t plaintext_len = strlen((char*)plaintext);
    // 为密文和明文（解密后）分配空间
    uint8_t ciphertext[plaintext_len];
    uint8_t decrypted[plaintext_len];
    // 1. 初始化SOBER-128状态
    sober128_state_t state;
    sober128_init(&state, key, iv);
    // 2. 加密
    printf("Original Plaintext: %s\n", plaintext);
    sober128_crypt(&state, plaintext, ciphertext, plaintext_len);
    printf("Ciphertext (hex): ");
    for (size_t i = 0; i < plaintext_len; i++) {
        printf("%02x ", ciphertext[i]);
    }
    printf("\n");
    // 3. 解密
    // 必须使用相同的密钥和IV重新初始化状态
    sober128_init(&state, key, iv);
    sober128_crypt(&state, ciphertext, decrypted, plaintext_len);
    printf("Decrypted Text: %s\n", decrypted);
    return 0;
}

如何编译和运行

  1. 将上述代码保存为文件，sober128_example.c。
  2. 使用 GCC 或其他 C 编译器进行编译：
    gcc sober128_example.c -o sober128_example
  3. 运行生成的可执行文件：
    ./sober128_example

预期输出:


Original Plaintext: This is a secret message from SOBER-128!
Ciphertext (hex): 6b 19 5a 67 6d 1f 7e 57 09 5f 48 5a 6d 6d 1f 57 5e 1f 5f 48 5e 1f 6b 5a 6d 5e 67 5e 1f 6b 19 5a 6d 5e 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 6d 1f 6b 19 6b 5a 6d 6d 1f 6b 5a 67 5e 1f 5f 6d 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sober算子c 语言代码
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