80、96、112、128bit的密鑰，相 應(yīng)的迭代輪數(shù)分別為r = 10、11、12、13、14輪。￥!1有3個(gè)參數(shù)：6413^明文？。，密鑰1(，6413^ 密文Y。VH的加密過(guò)程用Y = VHk (P。）表示，按以下步驟實(shí)施。
[0060] (1)加密變換表S[256]產(chǎn)生。
[0061] 加密S盒采用偽隨機(jī)變換的方式產(chǎn)生。先計(jì)算T(i) =「|256sin(i) |」，其中「」表 示向下取整運(yùn)算；為了產(chǎn)生不重復(fù)的256個(gè)字節(jié)，i的取值由1到30000,遇到重復(fù)的排除， 直到產(chǎn)生仝部不重復(fù)的256個(gè)字節(jié)為止。加密變換表S[256]是256個(gè)字節(jié)的一個(gè)偽隨機(jī) 排列，由T中字節(jié)輪換得到：S[T(j)] =T(j+l)，S[T(255)] =T(O);其中0彡j彡254。
[0062] (2)密鑰擴(kuò)展。
[0063] 通過(guò)遞推進(jìn)行密鑰擴(kuò)展，將L字節(jié)的密鑰K擴(kuò)展成8 (r+Ι)字節(jié)：擴(kuò)展密鑰Key = 1(。|1(1|...|1(1=1^|1^1|...|1^+7;其中"|'，為連接運(yùn)算。每個(gè)1^為8字節(jié)，其中0<1^^; 每個(gè)kj為1字節(jié)，O < j < 8r+7。對(duì)于8、10、12、14、16字節(jié)的密鑰K，相應(yīng)的迭代輪數(shù)分 別為r = 10、11、12、13、14輪。擴(kuò)展密鑰Key的前L字節(jié)就是密鑰K :K = I^lk11... I ku。 L彡j彡8r+7時(shí)，擴(kuò)展密鑰Key中的4由k ^和k j i兩個(gè)字節(jié)遞推得到： < =取Mb; 其中?為異或運(yùn)算。
[0064] (3)數(shù)據(jù)加密過(guò)程：先進(jìn)行初始加密，再進(jìn)行r輪迭代加密，得到密文Y，如圖1所 不。
[0065] (a)初始加密：初始密文4 = Λ>?而。其中P。為64bit初始明文，K。為密鑰K的前 8字節(jié)。
[0066] (b)r輪迭代加密。i從1到r，每輪迭代包括以下三步。
[0067] 首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行"行偽隨機(jī)變換"，即對(duì)數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)用加密S盒進(jìn)行偽隨機(jī)變 換：
[0068] M1U) = SEY1山·）];其中i從1到 nXjj)表示X1的第j個(gè)字節(jié)，0彡j彡7。 [0069] 再把64bit數(shù)據(jù)M1排成8*8的方陣，對(duì)M滿每個(gè)斜對(duì)角線用加密S盒進(jìn)行偽隨機(jī) 變換：
[0070] P1 (0) = S {[M1 (0) &128] I [M1 (I) &64] I [M1 (2) &32] I [M1 (3) &16] I [M1 (4) &8] I [M1 (5) & 4] I [M1 (6)&2] I [M1 (7)&1]};(其中 & 為與運(yùn)算）
[0071] P1 (I) = S {[M1 (I) &128] I [M1 (2) &64] I [M1 (3) &32] I [M1 (4) &16] I [M1 (5) &8] I [M1 (6) & 4] I [M1 (7) &2] I [M.W&l]}：
[0072] P1 (2) = S {[M1 (2) &128] I [M1 (3) &64] I [M1 (4) &32] I [M1 (5) &16] I [M1 (6) &8] I [M1 (7) & 4] I %(0)&2] I [M"1)&1]};
[0073] P1 (3) = S {[M1 (3) &128] I [M1 (4) &64] I [M1 (5) &32] I [M1 (6) &16] I [M1 (7) &8] I [M1 (0) & 4] I [MJD&2] I [M"2)&1]};
[0074] P1 (4) = S {[M1 (4) &128] I [M1 (5) &64] I [M1 (6) &32] I [M1 (7) &16] I [M1 (0) &8] I [M1 (1) & 4] I [M1 (2) &2] I [M1(3)&1]}；
[0075] P1 (5) = S {[M1 (5) &128] I [M1 (6) &64] I [M1 (7) &32] I [M1 (0) &16] I [M1 (I) &8] I [M1 (2) & 4] I %(3)&2] I [MJC&I]};
[0076] P1 (6) = S {[M1 (6) &128] I [M1 (7) &64] I [M1 (0) &32] I [M1 (I) &16] I [M1 (2) &8] I [M1 (3) & 4] I [M1 (4) &2] I [M1(5)&1]}；
[0077] P1 (7) = S {[M1 (7) &128] I [M1 (0) &64] I [M1 (I) &32] I [M1 (2) &16] I [M1 (3) &8] I [M1 (4) & 4] I [M1 (5) &2] I [M1 (6)&1]}〇
[0078] 最后再將上述輸出P1與該輪的子密鑰K i進(jìn)行異或得到該輪的密文：= 其 中 I < i < r〇
[0079] 最后一輪的輸出結(jié)果Yr即為最終的密文Y。
[0080] IL VHC加解密方式
[0081] 保密通信時(shí)，VHC的加解密過(guò)程有4個(gè)參數(shù)：明文P，密鑰K，初值ctr，密文C。ctr 長(zhǎng)度為64bit，用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，功能是抗重放攻擊。對(duì)于長(zhǎng)度為Ien比特的明文P，VHC基于 分組密碼VH，采用CTR模式并行產(chǎn)生η =「（len-l)/64」+l組密鑰流KS1，其中0彡i彡n-1， 每組密鑰流的長(zhǎng)度為64bit，如圖2所示，即
[0082] For i = 0 to n-1 (KSi= VHK(ctr+i) ；}
[0083] 其中，VHk(ctr)表示分組密碼VH采用密鑰K對(duì)ctr進(jìn)行加密。
[0084] 則VHC的加密方式為：密文OP?MSBlen(KS)，如圖2所示；其中MSB len(KS)表示截 取全部密鑰流KS的前Ien比特。VHC的解密方式為：明文P = C?MSBlen(KS)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于CTR模式和分組密碼VH的輕量級(jí)流密碼VHC，其總體特征是加解密過(guò)程有 4個(gè)參數(shù)：明文P，密鑰K，初值ctr，密文C;ctr長(zhǎng)度為64bit，用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，功能是抗重 放攻擊；對(duì)于長(zhǎng)度為Ien比特的明文P，VHC基于分組密碼VH，采用CTR模式并行產(chǎn)生n= 「（len-l)/64」+l組密鑰流KS1，其中「」表示向下取整運(yùn)算，O彡i彡n-1，每組密鑰流的長(zhǎng) 度為64bit，即 Fori= 0ton-1 (KSi=VHK(ctr+i) ；} 其中，VHk (ctr)表示分組密碼VH采用密鑰K對(duì)ctr進(jìn)行加密； 則VHC的加密方式為：密文C=PaMSBlen(KS)，其中?為異或運(yùn)算，MSBlen(KS)表示截取 全部密鑰流KS的前Ien比特；VHC的解密方式為：明文2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕量級(jí)流密碼VHC，其采用的分組密碼VH的特征是加密過(guò)程 有3個(gè)參數(shù)：64bit明文P。，密鑰K，64bit密文Y;VH的加密過(guò)程用Y=VHk(Pq)表示，包括 以下步驟： (1) 加密變換表S[256]產(chǎn)生； (2) 密鑰擴(kuò)展：VH支持長(zhǎng)度為64、80、96、112、128bit的密鑰，分別擴(kuò)展成64*11、 64*12、64*13、64*14、64*151^扒相應(yīng)的迭代輪數(shù)分別為1 = 10、11、12、13、14輪； (3) 數(shù)據(jù)加密過(guò)程：先進(jìn)行初始加密；再進(jìn)行r輪迭代加密，得到密文Y。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分組密碼VH，其特征在于步驟（1)中的加密S盒采用偽隨 機(jī)變換的方式產(chǎn)生：先計(jì)算T(i) =「|256sin(i) |」；為了產(chǎn)生不重復(fù)的256個(gè)字節(jié)，i的 取值由1到30000,遇到重復(fù)的排除，直到產(chǎn)生全部不重復(fù)的256個(gè)字節(jié)為止；加密變換 表S[256]是256個(gè)字節(jié)的一個(gè)偽隨機(jī)排列，由T中字節(jié)輪換得到：S[T(j)] =T(j+1)， S[T(255)] =T(O);其中 0 彡j彡 254。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分組密碼VH，其特征在于步驟（2)中通過(guò)遞推進(jìn)行密鑰擴(kuò) 展，將L字節(jié)的密鑰K擴(kuò)展成8 (r+1)字節(jié)：擴(kuò)展密鑰Key=KidIK1I...IK1=Uk1I...Ikfc+7， 其中"I"為連接運(yùn)算；每個(gè)&為8字節(jié)，其中0彡i彡r;每個(gè)1^為1字節(jié)，其中0彡j彡8r+7 ; 對(duì)于8、10、12、14、16字節(jié)的密鑰K，相應(yīng)的迭代輪數(shù)分別為r= 10、11、12、13、14輪；擴(kuò)展 密鑰Key的前L字節(jié)就是密鑰K:K=k。IIc11. . .Ih1;L彡j彡8r+7時(shí)，擴(kuò)展密鑰Key中的 4由kU和k,i兩個(gè)字節(jié)遞推得到：5. 根據(jù)權(quán)利要求2中步驟（3)所述的數(shù)據(jù)加密過(guò)程，其特征是VH的分組長(zhǎng)度為64bit， 先進(jìn)行初始加密：初始密文6 =，其中Pc為64bit初始明文，K。為密鑰K的前8字節(jié)； 再進(jìn)行r輪迭代加密；i從1到r，每輪迭代包括以下三步： 首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行"行偽隨機(jī)變換"，即對(duì)數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)用加密S盒進(jìn)行偽隨機(jī)變換： M1U) =SEY1山-)]，其中i從1至IJnXjj)表示X1的第j個(gè)字節(jié)，0彡j彡7 ; 再把64bit數(shù)據(jù)M1排成8*8的方陣，對(duì)M 每個(gè)斜對(duì)角線用加密S盒進(jìn)行偽隨機(jī)變 換： P1(O) =SUM1(O)MSS]I[]^(1)&64]I[Mi(2)&32]I[Mi(3)&16] [Mi(4)&8]I[Mi(5)&4]I[Mi(6)&2]I[Mi(7)&l]};(其中 & 為與運(yùn)算） P1(I) =SttM^D&^S]I[M1 (2) &64]I[M1 (3) &32] |最后再將上述輸出P1與該輪的子密鑰Ki進(jìn)行異或得到該輪的密文：r,?及，其中I^i^r； 最后一輪的輸出結(jié)果Y1J卩為最終的密文Y。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于CTR模式和分組密碼VH的輕量級(jí)流密碼技術(shù)VHC，應(yīng)用于保密通信領(lǐng)域。VH先產(chǎn)生由256個(gè)字節(jié)隨機(jī)排列組成的加密變換表S[256]，用于密鑰擴(kuò)展和迭代加密。加密時(shí)，VH先對(duì)8*8bit分組數(shù)據(jù)的每行進(jìn)行偽隨機(jī)變換，實(shí)現(xiàn)混亂；再對(duì)數(shù)據(jù)的每個(gè)斜對(duì)角線進(jìn)行偽隨機(jī)變換，同時(shí)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散和混亂。對(duì)長(zhǎng)度為len比特的明文P，VHC采用CTR模式并行產(chǎn)生n＝「(len-1)/64」+1組密鑰流KSi：KSi＝VHK(ctr+i)；其中「」表示向下取整，0≤i≤n-1，VHK(ctr)表示分組密碼VH采用密鑰K對(duì)計(jì)數(shù)器ctr進(jìn)行加密。則VHC的加密方式為：密文C＝PMSBlen(KS)；MSBlen(KS)表示截取全部密鑰流KS的前l(fā)en比特。VHC的解密方式為：明文P＝CMSBlen(KS)。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)面向低成本8位嵌入式移動(dòng)終端的安全高效輕量級(jí)流密碼，用于數(shù)據(jù)加解密。
【IPC分類】H04L29/06, H04W12/08, H04W12/02, H04L9/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105049204
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510458934
【發(fā)明人】黃玉劃, 陳璐, 代學(xué)俊, 蘇菲, 陳昌瑩, 丁莉莉
【申請(qǐng)人】蘇州中科啟慧軟件技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月30日