[發(fā)明專利]加解密一致的SP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輕量級(jí)分組密碼實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711093878.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN107707343B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉波濤;彭長(zhǎng)根;吳睿雪;李雪松;丁紅發(fā);謝明明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/06
• 分類號(hào): H04L9/06
• 代理公司: 貴陽中新專利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 李亮;程新敏

1.一種加解密一致的SP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輕量級(jí)分組密碼實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：將64位明文或64位密文加載至寄存器，作為待加密或解密數(shù)據(jù)，進(jìn)行加密運(yùn)算或解密運(yùn)算；

步驟2：將所述加密運(yùn)算或解密運(yùn)算數(shù)據(jù)進(jìn)行N輪迭代運(yùn)算操作，輸出密文或明文；其中，密鑰長(zhǎng)度為64位時(shí)，N取值為25；密鑰長(zhǎng)度為80位時(shí)，N取值為31；密鑰長(zhǎng)度為128位時(shí)，N取值為36；

加密運(yùn)算或解密迭代運(yùn)算操作過程具體如下：

若輸入待加密數(shù)據(jù)進(jìn)行加密運(yùn)算操作，則在第一輪至第N輪，每一輪運(yùn)算中依次對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行輪密鑰加變換、S盒替換變換、列混合變換、行混合變換、S盒替換變換，以輪運(yùn)算當(dāng)中第二個(gè)S盒替換變換后得到的數(shù)據(jù)作為下一輪待加密數(shù)據(jù)；

經(jīng)過N輪變換之后，待加密數(shù)據(jù)進(jìn)行輪密鑰加變換，完成加密操作；

若輸入待解密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密運(yùn)算操作，則在第N輪至第一輪，每一輪運(yùn)算中依次對(duì)解密數(shù)據(jù)進(jìn)行輪密鑰加變換、S盒替換變換、列混合變換、行混合變換、S盒替換變換，以輪運(yùn)算當(dāng)中第二個(gè)S盒替換變換后得到的數(shù)據(jù)作為下一輪待解密數(shù)據(jù)；

經(jīng)過N輪變換之后，待解密數(shù)據(jù)進(jìn)行輪密鑰加變換，完成解密操作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加解密一致的SP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輕量級(jí)分組密碼實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：所述輪密鑰加變換當(dāng)中子密鑰的產(chǎn)生是通過如下密鑰擴(kuò)展運(yùn)算方法來構(gòu)造實(shí)現(xiàn)：

若密鑰長(zhǎng)度為64位時(shí)，第一輪加密的輪密鑰加變換子密鑰是64位原始密鑰；若密鑰長(zhǎng)度為80位時(shí)，第一輪加密的輪密鑰加變換子密鑰是80位原始密鑰的高64位；若密鑰長(zhǎng)度為128位時(shí)，第一輪加密的輪密鑰加變換子密鑰是128位原始密鑰的高64位；在密鑰擴(kuò)展運(yùn)算操作當(dāng)中，則在第一輪至第N輪，每一輪運(yùn)算中依次將待密鑰擴(kuò)展數(shù)據(jù)進(jìn)行S盒替換變換、P置換變換、常數(shù)加變換、循環(huán)移位變換，以循環(huán)移位變換后得到的數(shù)據(jù)作為下一輪的待密鑰擴(kuò)展數(shù)據(jù)及輪子密鑰數(shù)據(jù)；作為輪子密鑰數(shù)據(jù)，加密過程中，第一輪密鑰擴(kuò)展得到子密鑰作為第二輪加密中輪密鑰加變換的數(shù)據(jù)，依次運(yùn)行，第N輪密鑰擴(kuò)展得到子密鑰作為加密N輪變換之后的輪密鑰加變換的數(shù)據(jù)；解密過程中，輪密鑰加變換的所用到輪子密鑰數(shù)據(jù)是加密過程中相反順序。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加解密一致的SP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輕量級(jí)分組密碼實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：所述行混合變換是通過構(gòu)造固定混合對(duì)合矩陣M，固定混合對(duì)合矩陣M同樣用于列混合變換中，固定混合對(duì)合矩陣M如下公式所示：

行混合變換是將64位明文或每一輪中間值也分為16個(gè)數(shù)據(jù)單元這16個(gè)數(shù)據(jù)單元組合為4×4矩陣，再將4×4數(shù)據(jù)矩陣與固定混合對(duì)合矩陣M在有限域GF(2⁴)上進(jìn)行乘法變換，表達(dá)公式如下所示：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加解密一致的SP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輕量級(jí)分組密碼實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：所述P置換運(yùn)算是將運(yùn)算數(shù)據(jù)中比特進(jìn)行位置交換操作：

輸入64位數(shù)據(jù)從高位到低位表示為：p₀,p₁,p₂,p₃,p₄,p₅,p₆,p₇,p₈,p₉,p₁₀,p₁₁,p₁₂,p₁₃,p₁₄,p₁₅,p₁₆,p₁₇,p₁₈,p₁₉,p₂₀,p₂₁,p₂₂,p₂₃,p₂₄,p₂₅,p₂₆,p₂₇,p₂₈,p₂₉,p₃₀,p₃₁,p₃₂,p₃₃,p₃₄,p₃₅,p₃₆,p₃₇,p₃₈,p₃₉,p₄₀,p₄₁,p₄₂,p₄₃,p₄₄,p₄₅,p₄₆,p₄₇,p₄₈,p₄₉,p₅₀,p₅₁,p₅₂,p₅₃,p₅₄,p₅₅,p₅₆,p₅₇,p₅₈,p₅₉,p₆₀,p₆₁,p₆₂,p₆₃；

經(jīng)P置換將數(shù)據(jù)比特位置交換；

以p₀,p₅,p₁₃,p₉,p₁₆,p₂₇,p₂₁,p₃₁,p₃₂,p₄₇,p₃₆,p₃₈,p₄₈,p₅₈,p₅₇,p₆₁,p₁,p₄,p₈,p₆,p₁₇,p₂₉,p₃₀,p₂₆,p₃₃,p₄₆,p₄₅,p₄₄,p₄₉,p₅₂,p₆₂,p₆₀,p₂,p₁₅,p₇,p₁₂,p₁₈,p₂₈,p₂₀,p₂₃,p₃₄,p₄₀,p₄₁,p₄₂,p₅₀,p₅₉,p₅₄,p₅₃,p₃,p₁₀,p₁₄,p₁₁,p₁₉,p₂₄,p₂₂,p₂₅,p₃₅,p₃₉,p₄₃,p₃₇,p₅₁,p₅₆,p₆₃,p₅₅高位到低位順序數(shù)據(jù)輸出；

輸入80位數(shù)據(jù)從高位到低位表示為：p₀,p₁,p₂,p₃,p₄,p₅,p₆,p₇,p₈,p₉,p₁₀,p₁₁,p₁₂,p₁₃,p₁₄,p₁₅,p₁₆,p₁₇,p₁₈,p₁₉,p₂₀,p₂₁,p₂₂,p₂₃,p₂₄,p₂₅,p₂₆,p₂₇,p₂₈,p₂₉,p₃₀,p₃₁,p₃₂,p₃₃,p₃₄,p₃₅,p₃₆,p₃₇,p₃₈,p₃₉,p₄₀,p₄₁,p₄₂,p₄₃,p₄₄,p₄₅,p₄₆,p₄₇,p₄₈,p₄₉,p₅₀,p₅₁,p₅₂,p₅₃,p₅₄,p₅₅,p₅₆,p₅₇,p₅₈,p₅₉,p₆₀,p₆₁,p₆₂,p₆₃,p₆₄,p₆₅,p₆₆,p₆₇,p₆₈,p₆₉,p₇₀,p₇₁,p₇₂,p₇₃,p₇₄,p₇₅,p₇₆,p₇₇,p₇₈,p₇₉；

經(jīng)P置換將數(shù)據(jù)比特位置交換；

以p₀,p₅,p₁₃,p₉,p₁₆,p₂₇,p₂₁,p₃₁,p₃₂,p₄₇,p₃₆,p₃₈,p₄₈,p₅₈,p₅₇,p₆₁,p₆₄,p₇₄,p₇₇,p₇₀,p₁,p₄,p₈,p₆,p₁₇,p₂₉,p₃₀,p₂₆,p₃₃,p₄₆,p₄₅,p₄₄,p₄₉,p₅₂,p₆₂,p₆₀,p₆₅,p₇₈,p₇₃,p₇₉,p₂,p₁₅,p₇,p₁₂,p₁₈,p₂₈,p₂₀,p₂₃,p₃₄,p₄₀,p₄₁,p₄₂,p₅₀,p₅₉,p₅₄,p₅₃,p₆₆,p₇₅,p₇₆,p₆₈,p₃,p₁₀,p₁₄,p₁₁,p₁₉,p₂₄,p₂₂,p₂₅,p₃₅,p₃₉,p₄₃,p₃₇,p₅₁,p₅₆,p₆₃,p₅₅,p₆₇,p₇₂,p₇₁,p₆₉高位到低位順序數(shù)據(jù)輸出；

輸入128位數(shù)據(jù)從高位到低位表示為：p₀,p₁,p₂,p₃,p₄,p₅,p₆,p₇,p₈,p₉,p₁₀,p₁₁,p₁₂,p₁₃,p₁₄,p₁₅,p₁₆,p₁₇,p₁₈,p₁₉,p₂₀,p₂₁,p₂₂,p₂₃,p₂₄,p₂₅,p₂₆,p₂₇,p₂₈,p₂₉,p₃₀,p₃₁,p₃₂,p₃₃,p₃₄,p₃₅,p₃₆,p₃₇,p₃₈,p₃₉,p₄₀,p₄₁,p₄₂,p₄₃,p₄₄,p₄₅,p₄₆,p₄₇,p₄₈,p₄₉,p₅₀,p₅₁,p₅₂,p₅₃,p₅₄,p₅₅,p₅₆,p₅₇,p₅₈,p₅₉,p₆₀,p₆₁,p₆₂,p₆₃,p₆₄,p₆₅,p₆₆,p₆₇,p₆₈,p₆₉,p₇₀,p₇₁,p₇₂,p₇₃,p₇₄,p₇₅,p₇₆,p₇₇,p₇₈,p₇₉,p₈₀,p₈₁,p₈₂,p₈₃,p₈₄,p₈₅,p₈₆,p₈₇,p₈₈,p₈₉,p₉₀,p₉₁,p₉₂,p₉₃,p₉₄,p₉₅,p₉₆,p₉₇,p₉₈,p₉₉,p₁₀₀,p₁₀₁,p₁₀₂,p₁₀₃,p₁₀₄,p₁₀₅,p₁₀₆,p₁₀₇,p₁₀₈,p₁₀₉,p₁₁₀,p₁₁₁,p₁₁₂,p₁₁₃,p₁₁₄,p₁₁₅,p₁₁₆,p₁₁₇,p₁₁₈,p₁₁₉,p₁₂₀,p₁₂₁,p₁₂₂,p₁₂₃,p₁₂₄,p₁₂₅,p₁₂₆,p₁₂₇；

經(jīng)P置換將數(shù)據(jù)比特位置交換；

以

p₀,p₅,p₁₃,p₉,p₁₆,p₂₇,p₂₁,p₃₁,p₃₂,p₄₇,p₃₆,p₃₈,p₄₈,p₅₈,p₅₇,p₆₁,p₆₄,p₇₄,p₇₇,p₇₀,p₈₀,p₉₄,p₉₃,p₈₆,p₉₆,p₁₀₂,p₁₁₀,p₁₀₀,p₁₁₂,p₁₁₆,p₁₂₄,p₁₂₆,p₁,p₄,p₈,p₆,p₁₇,p₂₉,p₃₀,p₂₆,p₃₃,p₄₆,p₄₅,p₄₄,p₄₉,p₅₂,p₆₂,p₆₀,p₆₅,p₇₈,p₇₃,p₇₉,p₆₂,p₆₀,p₆₅,p₇₈,p₇₃,p₇₉,p₈₁,p₈₄,p₉₀,p₈₅,p₉₇,p₁₁₁,p₁₀₆,p₁₀₅,p₁₁₃,p₁₂₂,p₁₁₈,p₁₂₇,p₂,p₁₅,p₇,p₁₂,p₁₈,p₂₈,p₂₀,p₂₃,p₃₄,p₄₀,p₄₁,p₄₂,p₅₀,p₅₉,p₅₄,p₅₃,p₆₆,p₇₅,p₇₆,p₆₈,p₈₂,p₉₂,p₈₉,p₉₅,p₉₈,p₁₀₁,p₁₀₈,p₁₀₃,p₁₁₄,p₁₂₀,p₁₁₉,p₁₂₁,p₃,p₁₀,p₁₄,p₁₁,p₁₉,p₂₄,p₂₂,p₂₅,p₃₅,p₃₉,p₄₃,p₃₇,p₅₁,p₅₆,p₆₃,p₅₅,p₆₇,p₇₂,p₇₁,p₆₉,p₈₃,p₈₈,p₉₁,p₈₇,p₉₉,p₁₀₄,p₁₀₇,p₁₀₉,p₁₁₅,p₁₁₇,p₁₂₃,p₁₂₅高位到低位順序數(shù)據(jù)輸出。