【正文】 j， 1=j =3 Rj=FI(Lj1 KOi,j,KIi,j) Rj1,Lj=Rj1 最后得到函數(shù) FO 的 32 比特的輸出（ L3||R3）。 FL 函數(shù) 函數(shù) FL包含一個 32 比特的輸入數(shù)據(jù) Indata 和一個 32 比特的子密鑰 KLi。具體實現(xiàn)見圖 23。 輸出的左半部 L， 由輸出數(shù)據(jù)的右半部 R， 與子密鑰的右半部 KLi， 2進行按位或的運算，再進行循環(huán)左移一位，然后再與輸入數(shù)據(jù)的左半部 L 進行異或（模 2加）運算得到。在本設(shè)計中由于考慮到加密的速度，所以才用了查表的方法來實現(xiàn)。 S9[] = { 第 5 頁 共 26頁 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, 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}。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 21 所示的 16 進制的常量） 表 21 常量參數(shù) 每輪的密鑰由 Kj 和 Kj， 以表 22 所定義 的規(guī)則生成。 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。 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行異或（模 2 加）運算，即可得到明文數(shù)據(jù)流。對信令數(shù)據(jù)（ MESSAGE）使用 f9 算法算出完整性消息認證碼（ 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。 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 第 7 頁 共 26頁 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。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 算法正是通過重復迭代調(diào)用較小的函數(shù) FO和 FI 來保證其安全性。 S7 和 S9 這兩個 S盒具有非線性映射特性。除了 S9，只要一個輸入比特改變，輸出比特都會改變。在 3GPP 在測試中沒有發(fā)現(xiàn)函數(shù) FI 和 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)。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。本文 KASUMI 算法程序的實現(xiàn)是利用 C語言來實現(xiàn)的，下面就簡要的介紹一下算法的流程 ： 第 8 頁 共 26頁 圖 31 KASUMI算法流程圖 備注 :圖 31中，第 7 輪相同，第 8輪相同，所以只將第一輪與第二輪給出。 。 。 。 。 第 一輪與第二輪 第 三輪與第八輪 第 9 頁 共 26頁 KLi,2[n] 、 KOi,1[n]、 KOi,2[n]、 KOi,3[n]、 KIi,1[n]、 KIi,2[n]、 KIi,3[n] （ 1 = n= 8）。 圖 32 密鑰產(chǎn)生流程圖 FI 函數(shù) FI 函數(shù)是 KASUMI 的基本隨機函數(shù)，有 16 位的輸入和 16 位的輸出。其中 S7 和 S9 是通過查表得到數(shù)據(jù)。 128 位輸入 K8 K7 K6 K5 K4 K3 K2 K1 C8 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 查表 K‘ 8 K‘ 7 K‘ 6 K‘ 5 K‘ 4 K‘ 3 K‘ 2 K‘ 1 KLi,1 KLi,2 KOi,1 KOi,2 KOi,3 KIi,1 KIi,2 KIi,3 第 10 頁 共 26頁 圖 33 FI函數(shù)算法流程圖 FO 函數(shù) FO 函數(shù)是 KASUMI 的循環(huán)函數(shù)的非線性部分。在 feistel 結(jié)構(gòu)中， FO 函數(shù)與 FL函數(shù)是相輔相成的，在不同的輪次，它們將作為另一個的參數(shù)進行 傳遞。 S9[9 位 ] S7[7 位 ] 9 位輸入 7 位輸入 9 位輸出 零位擴展 9 位輸出 異或 9 位輸出 截短 7 位輸出 異或 7 位輸出 S9[9 位 ] 9 位輸出 異或 KIi,j,2 異或 KIi,j,1 9 位輸出 7 位輸出 零位擴展 異或 9 位輸出 7 位輸出 S7[7 位 ] 異或 7 位輸出 7 位輸出 9 位輸出 截短 7 位輸出 左移 9 位 兩數(shù)相加 16 位輸出 16 位輸出 第 11 頁 共 26頁 圖 34 FO函數(shù)算法流程圖 FL 函數(shù) FL 函數(shù)是 KASUMI 的循環(huán)函數(shù)的線性部分函數(shù)。 圖 35 FL函數(shù)算法流程圖 按位與操 作 16 位輸入 KLi,1 異或 16 位輸入 左循環(huán)一位 按位或操 作 左循環(huán)一位 異或 左移 16 位 兩數(shù)相加 32 位輸出 FIi,1 KOi,1 16 位輸 入 異或 KIi,1 異或 16 位輸 入 FIi,1 KOi,2 異或 KIi,2 異或 FIi,1 KOi,3 異或 KIi,3 異 或 左移 16 位 兩數(shù)相加 32位輸 出 第 12 頁 共 26頁 4 系統(tǒng) 設(shè)計 本系統(tǒng)是為驗證 KASUMI 算法程序?qū)崿F(xiàn)而設(shè)計的。系統(tǒng)的設(shè)計從兩個方面去實現(xiàn)它： KASUMI 算法程序?qū)崿F(xiàn)與人機界面實現(xiàn)。 KASUMI 算法程序?qū)崿F(xiàn)的加密解決方案 圖 41 KASUMI算法程序?qū)崿F(xiàn)加密解決方案 上圖為本系統(tǒng)實現(xiàn)加密的解決方案，此方案一共由五 個模塊組成，其中包括兩個 I/O 接口、一個密鑰產(chǎn)生模塊、一個加密模塊和主控模塊。 密鑰產(chǎn)生模塊 密鑰產(chǎn)生模塊的主要作用是產(chǎn)生每一輪加密所需要的子密鑰。 主控程序 主控程序在此方案中起到了一個中轉(zhuǎn)站的作用，它與每一個模塊都有密切的關(guān)系，就輸入接口而言，主控程序?qū)慕涌诮邮諗?shù)據(jù)（明文和密鑰），然后對數(shù)據(jù)進行處理；接著把處理的數(shù)據(jù)傳遞給密鑰產(chǎn)生模塊，該模塊每 輪產(chǎn)生 8個子密鑰，然后傳遞給主控程序；接著主控程序?qū)⑻幚淼臄?shù)據(jù)與子密鑰傳遞給加密模塊，加密模塊又將加密后的結(jié)果傳遞給主控程序；最后主控程序?qū)⒓用芎蟮慕Y(jié)果通過輸出接口輸出。 I/O 接口 在本方案中，包含了兩個 I/O 接口：一個 I/O接口用作密文和密鑰的輸入一個 I/O 接口用作原文的輸出。 解密模塊 解密模塊的主要作用是對密文進行解密。 人機界面設(shè)計 此 次設(shè)計的重點在于 KASUMI 算法的研究，但是為了更好的驗證和實現(xiàn)KASUMI 算法，做了圖形化的實現(xiàn)系統(tǒng)，現(xiàn)將該系統(tǒng)的功能做詳細的介紹： 圖 43 為該系統(tǒng)的主要界面也是唯一的界面。該系統(tǒng)是為了驗證 KASUMI 算法的正確性，所以產(chǎn)生明文和密鑰有兩種方式：手動輸入和隨機輸入。為了方便驗證，我將用十六進制來代替二進制，這樣在輸入的時候比較方便，因為 1位十六進制位代表4位二進制位，這 樣大大減小了明文和密鑰的長度，也減少了不必要的麻煩，如：如果輸入二進制位的話，你要慢慢的輸入 64 位，一不注意就會導致輸入錯誤，如果用十六進制位的話，輸入才 16 位，這樣比較容易輸入也比較容易查出錯誤來。當正確輸入明文但沒有輸入密鑰的情況下，系統(tǒng)會自動彈出一個模態(tài)對話框，提示用戶密鑰必須輸入