【正文】 KASUMI 算法的密鑰 K的長度為 128 位，但是 KASUMI 的每一次循環(huán)都要從 K中導(dǎo)出 128 位子密鑰，在每一次循環(huán)中，都會產(chǎn)生 8 個子密鑰，它們是： KLi,1[n]、FL 函數(shù) F0 函數(shù) FI 函數(shù) 密鑰生成 32 位輸入 128 位輸入 密鑰 KL 密鑰 KI 密鑰 KO 64 位輸出 64 位輸入 32 位輸入 異或 F0 函數(shù) FL 函數(shù) 異或 FI 函數(shù) 密鑰 KI 密鑰 KO 密鑰 KL 。 3 KASUMI 算法流程 KASUMI 算法程序的實(shí)現(xiàn)語言是多種多樣的，如： C、 C++、 JAVA 等等程序設(shè)計(jì)語言。 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。只是因?yàn)?S9 中具有線性結(jié)構(gòu)， S7 滿足雪崩效應(yīng)，而 S9不是。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(kuò)散性。 它的安全性來源于它的四個非線性的函數(shù)： S7， S9， FI 和 FO。 KASUMI 算法也是基于同樣的原則而設(shè)計(jì)的。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(jì)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(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性。 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。 UE 和 RNC中都有 f8 算法。 表 22 每輪子密鑰 KAUSMI算法的安全性 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。 KAUSMI 算法的密鑰生成 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 第 6 頁 共 26頁 鑰都是由這個 128 比特的密鑰衍生而來的。 S7 和 S9 表如下： S7[] = { 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}。 Sbox 兩個 Sboxes 既可以由組合邏輯實(shí)現(xiàn)，也可以通過查找表來實(shí)現(xiàn)。 輸出的右半部 R， 由輸入數(shù)據(jù)的左半部 L 與子密鑰的左半部 KLi,1進(jìn)行按位與的運(yùn)算，再進(jìn)行循環(huán)左移一位，然后再與輸入數(shù)據(jù)的右半部 R 進(jìn)行異或（模 2加）運(yùn)算得到。子密鑰 KLi被分為 16 比特的左右兩個子密鑰， KLi,1和 KLi,2 即 KLi=KLi,1||KLi,2 同樣輸入數(shù)據(jù)也被分為兩個 16 比特的左右兩部分，即 Indata=L’||R’ 定義： R’=R ROL（ L KLi,1） (ROL():循環(huán)左移 1 位 ) L’=L ROL (R’ KLi,2) 共同構(gòu)成函數(shù) FL 的輸出 32 比特（ L’ || R’）。具體實(shí)現(xiàn)如圖 24 所示。 32 比特的輸入數(shù)據(jù)同樣被分為左右兩部分，即 Indata=L0||R0。函數(shù) FI也是 Feistel 結(jié)構(gòu)，其中每輪的操作定義如下： L1=R0， R1=S9[L0] ZE（ R0）， L2=R1 KIi,j,2, R2=S7[L1] TR(R1) KIi,j,1, L3=R2, R3=S9[L2] ZE(R2), L4=S7[L3] TR (R3), R4=R3 函數(shù) FI的輸出為 16比特的值（ L4||R4），如圖 22 所示 。 ZE（ x）表示在 7比特的數(shù)據(jù) x尾部（最右邊）添加 2個零，將 7 比特轉(zhuǎn)換為 9 比特。 在函數(shù)中使用了兩個 S盒， S7將 7比特的輸入映射為 7 比特的輸出， S9將9比特的輸入映射為 9 比特的輸出。輸入數(shù)據(jù)Indata 分為兩個不等長的部分， 9比特的 L0和 7比特的 R0， 即 Indata=L0||R0。 keyschedule對 128 位密鑰 K進(jìn)行操作，為每個周期函數(shù)生成 128 位的子密鑰。輪函數(shù)自身由兩個子 FL 和 FO構(gòu)成，與之相關(guān)的子密鑰分別為 KLi(FL 應(yīng)用的密鑰 ),KOi,KIi（ FO應(yīng)用的密鑰） ，如圖 21所示。 KASUMI 算法的組成函數(shù) f 函數(shù) 輪函數(shù) fi對 32 比特的輸入 Indata，在 32 比特的輪密鑰 RKi的控制下，得到32比特的輸出。 第 2 頁 共 26頁 而第 i 輪的左半部 由 第 i1 輪輸出的右半部 Ri1與第 i 輪的輪函數(shù) fi的輸出結(jié)果進(jìn)行異或運(yùn)算得到。而函數(shù) FI 是 由 使用非線性的 S盒 S7和 S9 構(gòu)成的 4輪結(jié)構(gòu)。輪函數(shù) 保括一個輸入輸出為 32 比特的非線性混合函數(shù) F0和一個輸入輸出為 32比特的線性混合函數(shù) FL。 （ 3） 為了避免加密結(jié)果的偶然性，增加了解密功能；如果解密結(jié)果與原文不符，說明加密不正確。本系統(tǒng)最終完成后具有以下功能： （ 1） 滿足算法的要求，明文只能輸入 64 位二進(jìn)制位 ，密鑰只能輸入 128位二進(jìn)制位 ；但在本軟件中對輸入做了相應(yīng)的處理 ，輸入的時候只能輸入十六進(jìn)制符號，其余報(bào)錯。 本文主要目的是研究 KASUMI 算法，并在 VC環(huán)境下實(shí)現(xiàn)它。 f8算法是加密算法， f9 是完整性算法， 這兩個算法都是基于 KASUMI 算法的。Feistel 目 錄 論文 總頁數(shù)： 26頁 1 引言 ..................................................................... 1 2 KASUMI算法概述 ........................................................... 1 KASUMI算法的總體結(jié)構(gòu) ................................................. 1 KASUMI算法的組成函數(shù) ................................................. 2 f函數(shù) ............................................................ 2 FI函數(shù) ........................................................... 3 FO函數(shù) ........................................................... 3 FL函數(shù) ........................................................... 4 Sbox ............................................................. 4 KAUSMI算法的密鑰生成 ................................................. 5 KAUSMI算法的安全性 ................................................... 6 3 KASUMI算法流程 ........................................................... 7 密鑰產(chǎn)生 .............................................................. 8 FI函數(shù) ............................................................... 9 FO函數(shù) .............................................................. 10 FL函數(shù) .............................................................. 11 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................ 12 KASUMI算法程序?qū)崿F(xiàn) .................................................. 12 KASUMI算法程序?qū)崿F(xiàn)的加密解決方案 ................................. 12 KASUMI算法程序?qū)崿F(xiàn)的解密解決方案 ................................. 12 人機(jī)界面設(shè)計(jì) ......................................................... 13 5 關(guān)鍵代碼分析 ............................................................ 15 FI函數(shù)的程序?qū)崿F(xiàn) .................................................... 16 FO函數(shù)的程序?qū)崿F(xiàn) .................................................... 16 FL函數(shù)的程序?qū)崿F(xiàn) .................................................... 17 密鑰產(chǎn)生程序?qū)崿F(xiàn) ..................................................... 18 f函數(shù)的程序?qū)崿F(xiàn) (加密時的函數(shù) ) ........................................ 18 f函數(shù)的程序?qū)崿F(xiàn) (解密時的函數(shù) ) ........................................ 19 6 軟件整體測試與系統(tǒng)缺陷 ................................................... 20 軟件測試環(huán)境配置 ..................................................... 20 軟件測試界面介紹 ..................................................... 20 軟 件測試結(jié)果 ......................................................... 22 軟件的加密速度 ................................................... 22 KASUMI算法加密 /解密案例 .......................................... 23 系統(tǒng)缺陷 ............................................................. 23 結(jié) 論 .................................................................. 24 參考文獻(xiàn) .................................................................. 24 致 謝 .................................................................. 25 聲 明 .................................................................. 26 第 1 頁 共 26頁 1 引言 隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，第三代移動通信系統(tǒng)（ 3G）將成為人們生活中重要的通信方式， 3G 系統(tǒng)中業(yè)務(wù)信息的安全性以及網(wǎng)絡(luò)資源使用的安全性將越來越重要。3G。 本文主要研究的是第三代移動通信 技術(shù) 中的 一種 核心加密算法： KASUMI 算法；詳盡介紹 KASUMI 算法的原理、組