祖冲之序列密码算法-密钥装入与实现细节

"祖冲之密码ZUC流加密序列密码算法用户手册" 祖冲之密码（ZUC）是一种流加密算法，属于序列密码的一种。它的设计目标是提供高效、安全的数据加密服务，尤其适用于无线通信等领域。ZUC算法的核心组件包括线性反馈移位寄存器（LFSR）、比特重组（BR）和非线性函数（F），并涉及到密钥装入和算法运行等关键步骤。 在密钥装入阶段，ZUC算法首先将初始密钥（k）和初始向量（iv）扩展为16个31比特的字，作为LFSR寄存器单元变量s0到s15的初始状态。初始密钥k和向量iv分别由16个8比特的字节组成，而D是一个240比特的常量，分为16个15比特的字串。这些字串在密钥扩展过程中起到重要作用，它们与LFSR的状态交互，生成复杂的密钥流。 ZUC算法的整体结构由以下部分组成： 1. **线性反馈移位寄存器（LFSR）**：LFSR是序列密码的基础，它通过特定的反馈函数生成伪随机序列。在ZUC中，LFSR由16个31比特的寄存器单元构成，每个单元的初始状态由密钥和向量扩展得到。 2. **比特重组（BR）**：这一阶段将LFSR的输出重新组合成新的比特序列，增加了密码的复杂性和不可预测性。 3. **非线性函数（F）**：F是ZUC算法的核心非线性组件，它包含两个32比特的记忆单元变量R1和R2，以及一个32比特的输出W。F函数的计算涉及模232加法和按比特位异或运算，增强了算法的安全性。 4. **算法运行**：ZUC算法按照预定的步骤持续运行，不断生成新的密钥字，用于加密或解密数据。在这个过程中，LFSR的状态会随着算法的执行不断更新，确保每次生成的密钥字都是唯一的。 在算法执行过程中，还涉及到模231-1乘法和模231-1加法的实现，这些基本运算在LFSR的反馈函数和非线性函数中扮演着关键角色。此外，算法还包括S盒（S-box），这是一个非线性转换表，用于进一步增强算法的非线性和混淆特性。 ZUC算法的详细描述还包括术语和定义、符号和缩略语，以及附录中的具体计算实例和参考文献，旨在为理解和实现该算法提供全面的指导。这种高度工程化的密码系统设计确保了在满足效率需求的同时，也提供了高标准的安全保障。