《祖冲之序列密码算法ZUC算法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《祖冲之序列密码算法ZUC算法（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、祖冲之序列密码算法第1部分：算法描述1 范围本部分描述了祖冲之序列密码算法，可用于指导祖冲之算法相关产品的研制、检测和使用。2 术语和约定以下术语和约定适用于本部分。2.1比特 bit二进制字符0和1称之为比特。2.2字节 byte由8个比特组成的比特串称之为字节。2.3字 word由2个以上（包含2个）比特组成的比特串称之为字。本部分主要使用31比特字和32比特字。2.4 字表示 word representation本部分字默认采用十进制表示。当字采用其它进制表示时，总是在字的表示之前或之后添加指示符。例如，前缀0x指示该字采用十六进制表示，后缀下角标2指示该字采用二进制表示。2.5 高低
2、位顺序 bit ordering本部分规定字的最高位总是位于字表示中的最左边，最低位总是位于字表示中的最右边。3 符号和缩略语3.1 运算符+ 算术加法运算mod 整数取余运算 按比特位逐位异或运算 模232加法运算 字符串连接符H 取字的最高16比特L 取字的最低16比特k 32比特字右移k位ab 向量a赋值给向量b，即按分量逐分量赋值3.2 符号下列符号适用于本部分：s0,s1,s2,s15线性反馈移位寄存器的16个31比特寄存器单元变量X0,X1,X2,X3比特重组输出的4个32比特字R1, R2非线性函数F的2个32比特记忆单元变量W非线性函数F输出的32比特字Z算法每拍输出的32比特
3、密钥字k初始种子密钥iv初始向量D用于算法初始化的字符串常量3.3 缩略语下列缩略语适用于本部分：ZUC 祖冲之序列密码算法或祖冲之算法LFSR 线性反馈移位寄存器BR 比特重组F 非线性函数4 算法描述4.1 算法整体结构祖冲之算法逻辑上分为上中下三层，见图1。上层是16级线性反馈移位寄存器（LFSR）；中层是比特重组（BR）；下层是非线性函数F。图 1 祖冲之算法结构图4.2 线性反馈移位寄存器LFSR4.2.1 概述LFSR包括16个31比特寄存器单元变量s0, s1, , s15。LFSR的运行模式有2种：初始化模式和工作模式。4.2.2 初始化模式在初始化模式下，LFSR接收一个31
4、比特字u。u是由非线性函数F的32比特输出W通过舍弃最低位比特得到，即u=W 1。在初始化模式下，LFSR计算过程如下：LFSRWithInitialisationMode(u)(1) v = 215 s15 +217 s13 + 221 s10 + 220 s4 + (1 + 28)s0 mod (231-1)；(2) s16=(v+u) mod (231-1)；(3) 如果s16=0，则置s16=231-1；(4) (s1, s2, , s15, s16) (s0, s1, , s14, s15)。4.2.3 工作模式在工作模式下，LFSR不接收任何输入。其计算过程如下：LFSRWithW
5、orkMode()(1) s16 = 215 s15 +217 s13 + 221 s10 + 220 s4 + (1 + 28)s0 mod (231-1)；(2) 如果s16=0，则置s16=231-1；(3) (s1, s2, , s15, s16) (s0, s1, , s14, s15)。4.3 比特重组BR比特重组从LFSR的寄存器单元中抽取128比特组成4个32比特字X0、X1、X2、X3。BR的具体计算过程如下：BitReconstruction()(1) X0 = s15Hs14L；(2) X1 = s11Ls9H；(3) X2 = s7Ls5H；(4) X3 = s2Ls0
6、H。4.4 非线性函数FF包含2个32比特记忆单元变量R1和R2。F的输入为3个32比特字X0、X1、X2，输出为一个32比特字W。F的计算过程如下：F (X0, X1, X2)(1) W = (X0 R1) R2；(2) W1 = R1 X1；(3) W2 = R2 X2；(4) R1 = S(L1(W1LW2H)；(5) R2 = S(L2(W2LW1H)。其中S为32比特的S盒变换，定义在附录A中给出；L1和L2为32比特线性变换，定义如下：L1(X) = X (X 2) (X 10) (X 18) (X 24)，L2(X) = X (X 8) (X 14) (X 22) (X 1)。4
7、.6.2 工作阶段首先执行下列过程一次，并将F的输出W舍弃：(1) BitReconstruction()；(2) F (X0, X1, X2)；(3) LFSRWithWorkMode()。然后进入密钥输出阶段。在密钥输出阶段，每运行一个节拍，执行下列过程一次，并输出一个32比特的密钥字Z：(1) BitReconstruction()；(2) Z = F (X0, X1, X2) X3；(3) LFSRWithWorkMode()。附录A（规范性附录）S盒32比特S盒S由4个小的88的S盒并置而成，即S=(S0, S1, S2, S3)，其中S0=S2，S1=S3。S0和S1的定义分别见表
8、1和表2。设S0(或S1)的8比特输入为x。将x视作两个16进制数的连接，即x=h|l，则表1 (或表2)中第h行和第l列交叉的元素即为S0(或S1)的输出S0(x)(或S1(x)。设S盒S的32比特输入X和32比特输出Y分别为：X = x0 x1 x2 x3，Y = y0 y1 y2 y3，其中xi和yi均为8比特字节，i = 0, 1, 2, 3。则有yi = Si(xi), i = 0, 1, 2, 3。表1 S0盒0123456789ABCDEF03E725B47CAE0003304D1549809B96DCB17B1BF932AF9D6AA5B82DFC1D0853039024D4E
9、8499E4CED991DDB685488B296EAC3CDC1F81E734369C6B5BDFD396320D4384767DB2A7CFED57C5F32CBB142106559B5E3EF5E314F7F5AA40D8251495FBA581C64A16D517A892241F8CFFD8AE2E01D3AD73B4BDA46EBC9DE9A8F87D73A806F2FC88B1B437F70A2213287CCC3C89C7C39656907BF7EF00B2B975235417961A64C10FEABC2695888AB0A3FBC01894F2E1E5E95DBD0DC1166645CEC59427512F5749CAA23C0E86ABBE2A02E767E644A26CC2939FF1DF6FA36D250689E6271153DD640C4E20FE8E83776B25053F0C30EA70B7A1E8A965F8D271ADB81B3A0F4457A19DFEE783460表2 S1盒0123456789ABCDEF055C263713BC847869F3CDA5B29AAFD7718CC5940CA61A1300E3A8167240F9F84224426689681D9453E
