[發明專利]基于白盒分組密碼的加解密方法

有效

• 申請號: 202011068447.4
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112199696B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 劉君;陳杰;原梓清
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06F17/16;H04L9/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

1.一種基于白盒分組密碼的加解密方法，其特征在于，包括如下：

(1)密鑰生成：

(1a)服務器將一個128位的主密鑰看作輸入，通過密鑰導出函數KDF變換，輸出25個16位的輪密鑰，即用主密鑰生成輪密鑰；

(1b)服務器將65536個16位比特串0，1，10，…，11111111111111111看作輸入，應用25個輪密鑰對每個輸入的比特串依次執行初始輪密鑰加操作和24輪群加密與輪密鑰加的循環操作，輸出一個包含65536個16位比特串的查找表，即用輪密鑰生成查找表；

(1c)服務器將由8個隨機數構成的一個8*8對角矩陣看作輸入，并用輸入左乘系統預選的矩陣，輸出一個8*8的隨機矩陣；

(2)分組加密：

(2a)服務器將128位的明文分組看作輸入，并將其分成小塊，對每個小塊依次執行初始輪密鑰加操作和24輪群加密與輪密鑰加的循環操作，然后對小塊進行級聯；

(2b)應用隨機矩陣對級聯后的小塊進行線性置換，再與一個由加密循環輪次決定的比特串進行異或操作，將異或結果作為本輪加密操作的輸出和下輪加密操作的輸入；

(2c)循環執行(2a)到(2b)共7次，以最后一輪加密操作的輸出作為最終輸出的128位的密文分組；

(3)分組解密：

(3a)用戶設備將128位的密文分組看作輸入，并將該輸入與一個由解密循環輪次決定的比特串進行異或操作，再應用隨機矩陣對異或結果進行線性置換，并將線性置換的結果分成多個小分組；

(3b)將(3a)所分的每一個小分組視為索引，在查找表中查找該索引對應的內容，并對內容進行級聯，再將級聯后的內容作為本輪解密操作的輸出和下輪解密操作的輸入；

(3c)循環執行(3a)到(3b)共7次，以最后一輪解密操作的輸出作為最終輸出的解密后的128位的明文分組。

2.根據權利要求1所述的方法，其中(1a)中通過密鑰導出函數KDF變換，輸出25個16位的輪密鑰，是采用安全哈希算法族里的輸出可擴展函數SHAKE128對128位的主密鑰進行變換，輸出25個16位的輪密鑰。

3.根據權利要求1所述的方法，其中(1b)中應用由主密鑰生成的25個輪密鑰，對每個輸入的比特串依次執行初始輪密鑰加操作和24輪群加密與輪密鑰加的循環操作，實現如下：

(1b1)初始輪密鑰加：服務器將其輸入與第1個輪密鑰進行異或操作，得到一個16位的中間比特串；

(1b2)群加密：

服務器將(1b1)所得的16位的中間比特串看作輸入，并將其輸入的低8位保持不變，將高8位循環右移7位后，再與低8位進行模數為256的加法運算，并將加法運算結果作為新的16位比特串的高8位，低8位不變；

服務器將新的16位比特串的高8位保持不變，將低8位循環左移2位后再與高8位進行異或操作，并將異或結果作為最終群加密的輸出低8位，高8位不變；

(1b3)輪密鑰加：服務器將(1b2)的輸出看作輸入，并將其輸入與第i+1個輪密鑰進行異或操作，其中i為循環輪次，再將異或結果作為本輪循環操作的輸出以及下輪循環操作的輸入；

(1b4)循環執行(1b2)到(1b3)共24次，以最后一輪循環操作的輸出作為最終輸出的16位比特串。

4.根據權利要求1所述的方法，其中(1c)中由8個隨機數構成的一個8*8對角矩陣，是指服務器先從有限域空間GF(2¹⁶)選取8個非零隨機數rc₀，rc₁，…，rc₇，再用rc₀，rc₁，…，rc₇構成一個8*8對角矩陣

5.根據權利要求1所述的方法，其中(1c)中的預選矩陣，是指有限域空間GF(2¹⁶)上定義的8*8的最大距離可分MDS矩陣。

6.根據權利要求1所述的方法，其中(2a)中服務器將128位的明文分組分成小塊，是指服務器將128位的明文分組從高位到低位均分成8個16位的比特串，即8個16位的小塊。