【文章內(nèi)容簡介】 x6?x3x6?x0x3x6?x5x6?1 y5=x2?x0x2?x0x3?x1x2x3?x0x2x4?x0x5?x2x5?x4x5?x1x6?x1x2x6?x0x3x6?x3x4x6?x2x5x6?1 y6=x1x2?x0x1x3?x0x4?x1x5?x3x5?x6?x0x1x6?x2x3x6?x1x4x6?x0x5x6 用十進(jìn)制數(shù)表示的表 : 54, 50, 62, 56, 22, 34, 94, 96, 38, 6, 63, 93, 2, 18,123, 33, 55,113, 39,114, 21, 67, 65, 12, 47, 73, 46, 27, 25,111,124, 81, 53, 9,121, 79, 52, 60, 58, 48,101,127, 40,120,104, 70, 71, 43, 20,122, 72, 61, 23,109, 13,100, 77, 1, 16, 7, 82, 10,105, 98, 117,116, 76, 11, 89,106, 0,125,118, 99, 86, 69, 30, 57,126, 87, 112, 51, 17, 5, 95, 14, 90, 84, 91, 8, 35,103, 32, 97, 28, 66, 102, 31, 26, 45, 75, 4, 85, 92, 37, 74, 80, 49, 68, 29,115, 44, 64,107,108, 24,110, 83, 36, 78, 42, 19, 15, 41, 88,119, 59, 3 舉例說明： 如果輸入值是 38，我們從表中查到 S7[38]=58。 對于組合邏輯，我們有 38=01001102?x6=0,x5=1,x4=0,x3=0,x2=1,x1=1,x0=0 y0= 0?0?0?1?1?0?0?0?0?0?0?0?0= 0 y1 = 0?0?0?1?1?0?0?0?0?0?1 = 1 y2 = 0?0?0?0?0?1?0?0?0?0?0?1= 0 y3 = 1?0?0?0?0?0?0?0?0?0= 1 y4 = 0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?1= 1 y5 = 1?0?0?0?0?0?1?0?0?0?0?0?0?1= 1 y6 = 1?0?0?1?0?0?0?0?0?0= 0 所以 y = 01110102 = 58 S9 邏輯門： 第 7 頁 共 28 頁 y0 = x0x2?x3?x2x5?x5x6?x0x7?x1x7?x2x7?x4x8?x5x8?x7x8?1 y1 = x1?x0x1?x2x3?x0x4?x1x4?x0x5?x3x5?x6?x1x7?x2x7?x5x8?1 y2=x1?x0x3?x3x4?x0x5?x2x6?x3x6?x5x6?x4x7?x5x7?x6x7?x8?x0x8?1 y3 = x0?x1x2?x0x3?x2x4?x5?x0x6?x1x6?x4x7?x0x8?x1x8?x7x8 y4 = x0x1?x1x3?x4?x0x5?x3x6?x0x7?x6x7?x1x8?x2x8?x3x8 y5 = x2?x1x4?x4x5?x0x6?x1x6?x3x7?x4x7?x6x7?x5x8?x6x8?x7x8?1 y6=x0?x2x3?x1x5?x2x5?x4x5?x3x6?x4x6?x5x6?x7?x1x8?x3x8?x5x8?x7x8 y7=x0x1?x0x2?x1x2?x3?x0x3?x2x3?x4x5?x2x6?x3x6?x2x7?x5x7?x8?1 y8 = x0x1?x2?x1x2?x3x4?x1x5?x2x5?x1x6?x4x6?x7?x2x8?x3x8 用十進(jìn)制數(shù)表示的表： 167,239,161,379,391,334, 9,338, 38,226, 48,358,452,385, 90,397, 183,253,147,331,415,340, 51,362,306,500,262, 82,216,159,356,177, 175,241,489, 37,206, 17, 0,333, 44,254,378, 58,143,220, 81,400, 95, 3,315,245, 54,235,218,405,472,264,172,494,371,290,399, 76, 165,197,395,121,257,480,423,212,240, 28,462,176,406,507,288,223, 501,407,249,265, 89,186,221,428,164, 74,440,196,458,421,350,163, 232,158,134,354, 13,250,491,142,191, 69,193,425,152,227,366,135, 344,300,276,242,437,320,113,278, 11,243, 87,317, 36, 93,496, 27, 487,446,482, 41, 68,156,457,131,326,403,339, 20, 39,115,442,124, 475,384,508, 53,112,170,479,151,126,169, 73,268,279,321,168,364, 363,292, 46,499,393,327,324, 24,456,267,157,460,488,426,309,229, 439,506,208,271,349,401,434,236, 16,209,359, 52, 56,120,199,277, 465,416,252,287,246, 6, 83,305,420,345,153,502, 65, 61,244,282, 173,222,418, 67,386,368,261,101,476,291,195,430, 49, 79,166,330, 280,383,373,128,382,408,155,495,367,388,274,107,459,417, 62,454, 132,225,203,316,234, 14,301, 91,503,286,424,211,347,307,140,374, 35,103,125,427, 19,214,453,146,498,314,444,230,256,329,198,285, 50,116, 78,410, 10,205,510,171,231, 45,139,467, 29, 86,505, 32, 72, 26,342,150,313,490,431,238,411,325,149,473, 40,119,174,355, 185,233,389, 71,448,273,372, 55,110,178,322, 12,469,392,369,190, 1,109,375,137,181, 88, 75,308,260,484, 98,272,370,275,412,111, 336,318, 4,504,492,259,304, 77,337,435, 21,357,303,332,483, 18, 47, 85, 25,497,474,289,100,269,296,478,270,106, 31,104,433, 84, 414,486,394, 96, 99,154,511,148,413,361,409,255,162,215,302,201, 第 8 頁 共 28 頁 266,351,343,144,441,365,108,298,251, 34,182,509,138,210,335,133, 311,352,328,141,396,346,123,319,450,281,429,228,443,481, 92,404, 485,422,248,297, 23,213,130,466, 22,217,283, 70,294,360,419,127, 312,377, 7,468,194, 2,117,295,463,258,224,447,247,187, 80,398, 284,353,105,390,299,471,470,184, 57,200,348, 63,204,188, 33,451, 97, 30,310,219, 94,160,129,493, 64,179,263,102,189,207,114,402, 438,477,387,122,192, 42,381, 5,145,118,180,449,293,323,136,380, 43, 66, 60,455,341,445,202,432, 8,237, 15,376,436,464, 59,461 舉例說明： 如果輸入值是 138 ，我們從表中查到 S9[138] = 339。 對于組合邏輯，我們有 138=0100010102?x8=0, x7=1,x6=0,x5=0, x4=0, x3=1, x2=0, x1=1, x0=0 y0 = 0?1?0?0?0?1?0?0?0?0?1= 1 y1 = 1?0?0?0?0?0?0?0?1?0?0?1= 1 y2 = 1?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?1= 0 y3 = 0?0?0?0?0?0?0?0?0?0?0= 0 y4 = 0?1?0?0?0?0?0?0?0?0= 1 y5 = 0?0?0?0?0?1?0?0?0?0?0?1= 0 y6 = 0?0?0?0?0?0?0?0?1?0?0?0?0= 1 y7 = 0?0?0?1?0?0?0?0?0?0?0?0?1= 0 y8 = 0?0?0?0?0?0?0?0?1?0?0= 1 所以 y = 1010100112 = 339 子密鑰的生成 KASUMI 算法使用一個 128 比特的密鑰，而在算法中的每一輪所使用的子密鑰都是由這個 128 比特的密鑰衍生而來的。每輪的密鑰通過兩組 16 比特的數(shù)組 Kj 和 Kj, (j=1 到 8)以如下的方法生成： 128 比特的密鑰被分為每組 16 比特的8 個組： K=K1||K2||K3||K4||K5||K6||K7||K8 第二組密鑰 Kj，由 Kj 以如下方法生成： Kj， =Kj?Cj（ j=1 到 8， Cj 是表 1 所示的 16 進(jìn)制的常量） 表 1 常量參數(shù) 第 9 頁 共 28 頁 每輪的密鑰由 Kj和 Kj，以表 2 所定義的規(guī)則生成。 表 2 每輪子密鑰 3 算法的應(yīng)用和安全性 KASUMI 算法是一種分組密碼，目前它主要應(yīng)用于第三代移動通信的安全算法 f8 和 f9 之中。 f8 算法是用來對 UE（移動用戶設(shè)備） 和 RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制器）之間的無線鏈路上的用戶數(shù)據(jù)和信令數(shù)據(jù)加密，以保證其安全性。 UE和 RNC 中都有 f8 算法。 f8 是一個密鑰流發(fā)生器，它通過 KASUMI 算法生成64 比特為一組的密鑰流，將明文數(shù)據(jù)流與密鑰流進(jìn)行異或（模 2 加）運算，得到密文流，解密是只要將同樣的密鑰流與密文流進(jìn)行異或（模 2 加）運算，即可得到明文數(shù)據(jù)流。 f9 算法原理與此類似，通過 KASUMI 算法生成完整性消息認(rèn)證碼（ MAC1），對 UE 和 RNC 之間的無線鏈路上的信令數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性保護(hù)和信令數(shù)據(jù)來源進(jìn)行認(rèn)證。對信令數(shù)據(jù)（ MESSAGE）使用 f9 算 法算出完整性消息認(rèn)證碼（ MAC1），將其附加在 MESSAGE 的后面，一起在無線鏈路上發(fā)送到接收端。接收端也將收到的 MESSAGE 用 f9 算法進(jìn)行跟發(fā)送端一樣的計算，算出消息認(rèn)證碼（ XMAC1），將 XMAC1 和收到發(fā)送端的 MAC1 進(jìn)行比較，驗證數(shù)據(jù)的完整性。 KASUMI 算法是基于分組密碼的設(shè)計，目前對于分組密碼的設(shè)計而言，由于出現(xiàn)了差分和線性密碼攻擊，對抗這些攻擊具有可證明的安全性。 KASUMI算法也是基于同樣的原則而設(shè)計的。它的可證明安全性是來源于算法中的被證明具有可證明安全性的較小的構(gòu)成部件， Feistel 結(jié)構(gòu)的 KASUMI 算法正是通過重復(fù)迭代調(diào)用較小的函數(shù) FO 和 FI 來保證其安全性。 它的安全性來源于它的四個非線性的函數(shù)： S7， S9， FI 和 FO。 S7 和 S9這兩個 S 盒具有近乎完美的非線性映射特性，考慮循環(huán)結(jié)構(gòu)， S7 和 S9 沒有明顯缺陷。他們映射后的每一個輸出比特依賴于輸入比特，具有很好的擴散性。除了 S9，只要一個輸入比特改變，輸出比特都會改變。只是因為 S9 中具有線性結(jié)構(gòu)， S7 滿足雪崩效應(yīng)，而 S9 不是。在 3GPP 在測試中沒有發(fā)現(xiàn)函數(shù) FI 和 第 10 頁 共 28 頁 FO 的線性結(jié)構(gòu)，兩個函數(shù)的每一個輸出比特依賴于每一個輸入比特，都滿足 雪崩效應(yīng)。 KASUMI 算法降低到 4 輪已經(jīng)可以滿足密鑰 密文，明文 密文的雪崩效應(yīng)了。在 3GPP 組織的測評中， KASUMI 算法可以對抗目前的大部分密碼攻擊方法：差分密碼分析（差分選擇明文攻擊、差分相關(guān)密鑰攻擊、不可能差分攻擊），截斷差分密碼分析，高階差分密碼分析，線性密碼分析；而且對于使用儀器的攻擊：定時攻擊，簡單能量攻擊，差分能量攻擊也具有很好的安全性，尤其是在 3G 的特殊環(huán)境中。 4 設(shè)計說明 設(shè)計思路 從 KASUMI 算法結(jié)構(gòu)入手，可以很容易知道， KASUMI 算法包括很多函