摘要祖冲之序列密码算法是3GPP机密性算法128-EEA3、完整性算法128-EIA3的核心组成部分。ZUC是一个面向字的流密码。它需要一个128位的初始密钥和一个128位的初始向量(IV)作为输入,输出一串32位字的密钥流。密钥流可以用来加密/解密。本文我们将介绍祖冲之序列密码算法的研究与实现,先给出相关符号注释,便于认知理解,再依次研究ZUC算法的三大组成部分:线性反馈位移存储器;比特重组;非线性函数F,工作方式以及ZUC在IV0的差异研究。最后结合先行者们的研究成果,给出C语言环境下ZUC算法的实现,了解ZUC算法在当今密码学中的重要地位和深刻意义。20793
关键词: 祖冲之算法;128-EEA3;128-EIA3;线性反馈位移存储器;比特重组;非线性函数F
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Title Research And Implementation Against Stream Cipher ZUC
Abstract
Stream cipher ZUC is the most important component in the 3GPP confidentiality and integrity algorithms 128-EEA3 and 128-EIA3.ZUC is a word-oriented stream cipher with 128-bit secret key and a 128-bit initial vector(IV).The key stream can be used to encrypt / decrypt. In this paper, we will introduce the research and implementation against stream cipher ZUC,show the related symbols to understand,then learn three sections of ZUC:Linear Feedback Shift Register;Bit-Reorganization Function;Nonlinear Function F,and working mode, reference literature, the research results of the pioneers, to realize ZUC algorithm visual C environment,to understand the importance of the ZUC algorithm in cryptography and profound significance.
Keywords ZUC;128-EEA3;128-EIA3;Linear Feedback Shift Register;
Bit-Reorganization Function;Nonlinear Function F.
目录
一 引言1
二 预备知识2
2.1 基2
2.2 位排序2
2.3 注释符号2
三 算法描述4
3.1 总体框架4
3.1.1 S盒.5
3.1.2 线性变换L1 和L27
3.2 密钥加载7
3.3 ZUC算法的运行.8
3.3.1初始化阶段.8
3.3.2工作阶段.9
四 ZUC在iv0的差异研究.,11
4.1Δiv0的弱密钥.11
4.2检测Δiv0的弱密钥。13
4.3恢复Δiv0的弱密钥.。.14
五 ZUC算法的实现.15
结论.23
致谢.24
参考文献.25
附件.26
一 引言
密码学(英语:cryptography,源于希腊语kryptós“隐藏的”,和gráphein“书写”)是研究如何隐密地传递信息的学科。在当今社会,特指对信息以及其传输的数学性研究,常被人们认为是数学和计算机科学的分支,也和信息论密切关联[1]。
序列密码也称为流密码,它是对称密码算法的一种。序列密码具有实现简单、便于硬件实施、加解密处理速度快、没有或只有有限的错误传播等特点,因此在实际应用中,特别是专用或机密机构中保持着优势,典型的应用领域包括无线通信、外交通信。 1949年Shannon证明了只有一次一密的密码体制是绝对安全的,这给序列密码技术的研究以强大的支持,序列密码方案的发展是模仿一次一密系统的尝试,或者说“一次一密”的密码方案是序列密码的雏形。如果序列密码所使用的是真正随机方式的、与消息流长度相同的密钥流,则此时的序列密码就是一次一密的密码体制。
祖冲之序列密码算法由中国科学院等单位研制,由中国通信标准化协会、工业和信息化部电信研究院和中国科学院等单位共同推动,并收纳为3GPP新一代宽带无线移动通信系统(LTE)国际标准。祖冲之算法的名字源于我国古代数学家祖冲之,它包括加密算法128-EEA3和完整性保护算法128-EIA3,是其核心组成部分,主要用于移动通信系统空中传输信道的信息加密和身份认证,以确保用户通信安全。在2012年9月日本福岗召开的第53次第三代合作伙伴计划(3GPP)系统架构组会议上,祖冲之算法被批准成为LTE国际标准。这是我国商用密码算法第一次走出国门,参加国际标准制定,是我国密码学研究历史上的一次重大成功和突破[2]。
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