国密算法SMS4：128比特分组与32轮加密结构详解

国密算法SMS41是一种专为无线局域网产品设计的高级加密标准，它属于分组密码算法，具有128比特的分组长度和128比特的密钥长度。该算法采用32轮非线性迭代结构，确保了数据的安全性和强度。 首先，让我们从术语说明开始。算法中的术语包括： 1.1 字与字节：在SMS41中，e-比特的向量集中的元素称为字，每个字有32比特；而8比特的元素称为字节。 1.2 S盒：这是一种固定的8比特输入8比特输出的置换函数，对于加密和混淆操作至关重要。 核心部分是轮函数F，它构成了算法的核心加密和解密流程。一次迭代称为一轮变换，轮函数F接受输入向量X和轮密钥rk作为参数，通过合成置换T进行操作。T由两个子变换组成：非线性变换τ和线性变换L。τ由四个并行的S盒执行，每个S盒独立处理输入的8比特块，输出再被线性变换L进一步处理。这样确保了算法的复杂性和难以预测性。 具体来说，轮函数F的计算过程可以表示为： F(X, rk) = X ⊕ (rk <<< i) ⊕ τ(A) ⊕ τ(B), 其中A和B是τ变换的输入，rk <<< i代表轮密钥rk按位左移i位。 加密密钥MK和轮密钥rk是算法的关键要素。加密密钥长度固定为128比特，分为四个字（MK0至MK3），而轮密钥rk0至rk31同样由主密钥经过特定算法扩展生成。系统参数FK和固定参数CK在密钥扩展过程中起辅助作用。 密钥扩展算法是将主密钥扩展到足够多的轮密钥，以便支持多轮加密。这个过程通常包含固定参数CK，使得每次加密时使用的轮密钥序列不同，从而增加破解难度。 加密实例展示了如何将主密钥和轮密钥应用到实际的加密过程中，这涉及将输入数据分割成128比特分组，然后逐轮应用轮函数F，同时更新轮密钥。 总结来说，国密算法SMS41以高度安全的分组加密机制，结合S盒的非线性性质和轮密钥的迭代结构，确保了无线局域网通信数据的安全传输。理解并掌握这一算法的关键在于理解其术语、轮函数的结构以及密钥管理和扩展过程。