摘要： rc5及rc6是两种新型的分组密码。avr高速嵌入式 单片机 功能强大，在无线数据传输应用方面很有优势。本文基于atmega128高速嵌入式单片机，实现rc5和rc6加密及解密算法，并对算法进行汇编语言的优化及改进。根据实验结果。对两种算法的优热点进行比较和分析。
关键词： atmega128 rc5 rc6 分组密码 混合密钥 flash
引言
在无线局域网中，传输的介质主要是无线电波和红外线，任何具有接收能力的窍听者都有可能拦截无线信道中的数据，掌握传输的内容，造成数据泄密。因此，对于无线局域网来说，数据的加密是关键技术之一。
avr高速嵌入式 单片机 是8位risc mcu，执行大多数指令只需一个时钟周期，速度快（8mHz avr的运行速度约等于200mhz c51的运行速度）；32个通用寄存器直接与alu相连，消除和运算瓶颈。内嵌可串行下载或自我编程的flash和epprom，功能繁多，具有多种运行模式。
依照ieee1999年发布的802.11无线局域网协议标准，采用atmel公司的atmega128高速嵌入式 单片机 ，开发无线数据传输装置。为了实现无线数据传输时的安全性，同时尽可能节省成本，采用软件进行加密、解密。这就对算法的简法性、高速性及适应性提出了很高的要求。rc5和rc6两种新型的分组加密算法能够比较好地满足上述的要求。
1 rc5及rc6算法
1.1 rc5及rc6的参数
rc5及rc6是参数变量的分组算法，实际上是由三个参数确定的一个加密算法族。一个特定的rc5或者rc6可以表示为rc5-w/r/b或者rc6-w/r/b。其中这三个参数w、f和b分别按照表1所列定义。
表1 rc5及rc6算法参数定义
1.2 rc5及rc6字运算部件
rc5及rc6均由三部分组成，分别为混合密钥生成过程、加密过程和解密过程。在这两种算法中，共使用了六种基本运算：
①模2w加法运算，表示为“ ”；
②模2w减法运算，表示为“-”；
③逐位异或运算，表示为 ；
④循环左移，字a循环左移b比特表示为“a<<<b”；
⑤循环右移，字a循环右移b比特表示为“a>>>b”；
⑥模2w乘法，表示为“×”。
rc5算法运用了上述的①～⑤运算部分，rc6算法使用了上述所有的运算部件。
1.3 rc5算法
（1）rc5算法混合密钥生成过程的伪代码表示
s[0]=pw
for i=1 to t-1 do
s[i]=s[i-1] qw
输入比特数大小为8，密钥长度为b的用户密钥k[0]至k[b-1]
转换k[0]至k[b-1]为数组长度为c，比特数为w的l[]数组
i=j=0 x=y=0
do 3×max(t,c)times：
s[i]=(s[i] x y)<<<3;x=s[i];i=(i 1)mod t
l[j]=(l[j] x y)<<<(x,y);x=l[j];j=(j 1)modc
其中c=[b×8/w]方括号表示上取整运算，t=2r 2，当w分别为16、32、64时，常数pw、qw分别如表2所列。
表2 常数pw、qw取值表
（2）rc5加密算法过程的伪代码表示
input(a,b)
a=a s(0)b=b s[1]
for i=1 to r do
a=((a b)<<<b) s[2i]
b=((b a)<<<a) s[2i 1]
output(a,b)
其中初始的a、b分别为要加密的两个比特数为w的数据，最终的a、b分别为加密好的两个比特数为w的数据。
（3）rc5解密算法过程的伪代码表示
input(a,b)
for i=r down to 1 do
b=((b-s[2i 1])>>>a) a
a=((a-s[2i])>>>b) b
a=a-s[0] b=b-s[1]
output (a,b)
其中初始a、b中的数据就是已经加密了的比特数为w的数据，最终的a、b中的数据为解密后的比特数为w的数据。
1.4 rc6算法
（1）rc6算法混合密钥生成过程伪代码表示
rc6混合密钥生成过程与rc5相同，只是t的取值为2r 4。
（2）rc6加密算法过程伪代码表示
input(a,b,c,d)
b=b s[0]d=d s[1]
for i=1 to r do
t=(b×(2b 1))<<<log2w
u=(d×(2d 1))<<<1og2w
a=((a t)<<<t) s[2i]
c=((c u)<<<u) s[2i 1]
(a,b,c,d)=(b,c,d,a)
a=a s[2i 2]c=c s[2i 3]
output(a,b,c,d)
其中初始的a、b、c、d分别为要加密的四个比特数为w的数据，最终的a、b、c、d分别为加密好的四个比特数为w的数据。
(3)rc6解密算法过程的伪代码表示
input(a,b,c,d)
c=c-s[2i 3]a=a-s[2i 2]
for i=1 to r do
(a,b,c,d)=(d,a,b,c)
u=(d×(2d 1))<<<log2w
t=(b×(2b 1))<<<log2w
c=((c-s[2(r-i) 3])>>>t) u
a=((a-s[2(r-i) 2])>>>u) t
d=d-s[1] b=b-s[0]
output(a,b,c,d)
其中初始的a、b、c、d分别为已经被加密的四个比特数为w的数据，最终的a、b、c、d分别为解密后的四个比特数为w的数据。
2 rc5和rc6算法的实现及改进
2.1 avr 单片机 的rc5和rc6算法流程
rc5及rc6算法加密过程实现流程图如图1所示，解密过程实现流程图如图2所示，总体过程流程图如图3所示。
2.2 avr 单片机 rc5和rc6算法的改进
①在进行算法流程的安排时，考虑到avr高速嵌入式 单片机 只有32个8位寄存器，为了节省寄存器的使用，应该在混合密钥生成过程执行后，再把待加密的数据赋予寄存器。这样在混合密钥生成过程以前的寄存器都可以被使用，而不会对整个算法的执行结果造成影响。
②在进行rc5及rc6算法参数的选择时，考虑到avr高速嵌入式 单片机 指令最多只支持16位数据相加以及程序的简洁化，所以在本程序中选择w为16而没有选择w为32，r和b的值依据rivest的建议分别取为12和16。
③在执行算法中的左循环或者右循环运算时，考虑到循环移位的效果，实际循环移位的位数应该为要执行移位次数的低1log2w位。在本程序中为要执行移位次数的后四位。
④在执行算法中的模2w加法运算、模2w减法运算、模2w乘法运算时，由于2w的取值为65536,而2个8位寄存器（0～15位）最高可以表示数据的值为65535，数据再大就要向高位进位，所以在本程序执行上述的算法只需要考虑到2个8位寄存器所表达的值就得到了上述运算的最终结果，而不用再进行模2w运算。
本文关键字：单片机 AVR单片机，单片机-工控设备 - AVR单片机
