SM4. СТРУКТУРА АЛГОРИТМА. МЕТОДЫ АНАЛИЗА.

Картонис А.В. 1

1Южный Федеральный Университет

Работа в формате PDF

213.2 KB

Сертификат участника

Комментарии

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

В январе 2006 года был рассекречен, созданный профессором Лю Шу-Ваном, алгоритм блочного шифрования SM4. Используется в Китае как национальный стандарт для беспроводных локальных сетей. Именно поэтому исследования, связанные с анализом SM4 актуальны и продолжаются до сих пор. С момента создания алгоритма, к нему было применено множество методов анализа, но приемлемый на практике результат для полного алгоритма так и не был получен. Исключение, пожалуй, составил только дифференциальный анализ, основанный на использовании атаки по ошибкам вычислений, но допущения, используемые в нем, проблематично реализовать вне рамок исследования. Поэтому вопрос о возможности применения тех или иных подходов к анализу SM4 остается открытым.

После выхода стандарта GM/T 0002-2012 SM4 Block Cipher Algorithm 21 марта 2012, года алгоритм был официально переименован в SM4

Параметры исходных данных

Обозначим исходный блок, размер которого составляет 128 бит, как M. Исходный блок делится на четыре 32-битных элемента, для удобства называемых словами. M = (, , , ), или M = (i = 0, 1, 2, 3).

Размер ключа так же составляет 128 бит и он так же разделен на 4 слова. MK = (, , , ), или (i = 0, 1, 2, 3).

Раундовые ключи имеют вид:

(rk0, rk1, . . . , rk31), где каждое rki(i = 0, . . . , 31) является словом.

Процесс образования раундовых ключей будет рассмотрен ниже.

Функция F

Далее, в виде сети Фейстеля, на рис. 1, представлен один раунд шифрования, по сути, являющийся функцией F:

RKi

Рис.1 – Схема одного раунда шифрования SM4

В этой функции используются только операции типа XOR, кругового сдвига и приложения S-Box. Выполняется 32 раунда для обработки одного блока. Каждый раунд обновляет четверть текущего состояния блока – одно слово(32 бита).

F(, , , , rk) = ⊕ T( ⊕ ⊕ ⊕ rk)

Смешанная подстановка T

Эта подстановка не меняет длину входного блока(преобразует 32 бита в 32 бита). Является обратимой. Состоит из нелинейной подстановки, τ, и линейной подстановки L. Таким образом:

T(.) = L(τ (.)).

Нелинейная подстановка τ.

Обрабатывает 4 S-box одновременно, исходя из длины слова и длины входного блока для S-box – 8 бит. В таком случае, если входное слово обозначить как A = (, , , ), а выходное как B = (, , , ), то:

(, , , ) = τ (A) = (Sbox(), Sbox(), Sbox(), Sbox()).

Значения S-box указаны в Таблице 1. Все числа в S-box представлены в шестнадцатеричной записи[4]:

Таблица 1 – S-box

_	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	a		С	d	e	F
0	d6	90	e9	fe	Cc	e1	3d	b7	16	b6	14	c2	28	fb	2c	05
1	2b	67	9a	76	2a	be	04	c3	aa	44	13	26	49	86	06	99
2	9c	42	50	f4	91	ef	98	7a	33	54	0b	43	ed	cf	ac	62
3	e4	b3	1c	a9	c9	08	e8	95	80	df	94	fa	75	8f	3f	a6
4	47	07	a7	fc	f3	73	17	ba	83	59	3c	19	e6	85	4f	a8
5	68	6b	81	b2	71	64	da	8b	f8	eb	0f	4b	70	56	9d	35
6	1e	24	0e	5e	63	58	d1	a2	25	22	7c	3b	01	21	78	87
7	d4	00	46	57	9f	d3	27	52	4c	36	02	e7	a0	c4	c8	9e
8	ea	bf	8a	d2	40	c7	38	b5	a3	f7	f2	ce	f9	61	15	a1
9	e0	ae	5d	a4	9b	34	1a	55	ad	93	32	30	f5	8c	b1	e3
a	1d	f6	e2	2e	82	66	ca	60	c0	29	23	ab	0d	53	4e	6f
	d5	db	37	45	De	fd	8e	2f	03	ff	6a	72	6d	6c	5b	51
c	8d	1b	af	92		dd	bc	7f	11	d9	5c	41	1f	10	5a	d8
d	0a	c1	31	88	a5	cd	7b	bd	2d	74	d0	12	b8	e5	b4	b0
e	89	69	97	4a	0c	96	77	7e	65	b9	f1	09	c5	6e	c6	84
f	18	f0	7d	ec	3a	dc	4d	20	79	ee	5f	3e	d7	cb	39	48

Например, если на входе Sbox принимает значение «de», тогда по строке «d» и столбцу «e» получаем значение Sbox(«de») = «b4».

Линейная подстановка L.

Если слово В, являющееся выходом τ будет входным словом в L, тогда выходное слово после перестановки:

C = L(B) = B ⊕ (B

Просмотров работы: 295

Код для цитирования:

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

SM4. СТРУКТУРА АЛГОРИТМА. МЕТОДЫ АНАЛИЗА.

Студенческий научный форум - 2017
IX Международная студенческая научная конференция

_	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	a		С	d	e	F
0	d6	90	e9	fe	Cc	e1	3d	b7	16	b6	14	c2	28	fb	2c	05
1	2b	67	9a	76	2a	be	04	c3	aa	44	13	26	49	86	06	99
2	9c	42	50	f4	91	ef	98	7a	33	54	0b	43	ed	cf	ac	62
3	e4	b3	1c	a9	c9	08	e8	95	80	df	94	fa	75	8f	3f	a6
4	47	07	a7	fc	f3	73	17	ba	83	59	3c	19	e6	85	4f	a8
5	68	6b	81	b2	71	64	da	8b	f8	eb	0f	4b	70	56	9d	35
6	1e	24	0e	5e	63	58	d1	a2	25	22	7c	3b	01	21	78	87
7	d4	00	46	57	9f	d3	27	52	4c	36	02	e7	a0	c4	c8	9e
8	ea	bf	8a	d2	40	c7	38	b5	a3	f7	f2	ce	f9	61	15	a1
9	e0	ae	5d	a4	9b	34	1a	55	ad	93	32	30	f5	8c	b1	e3
a	1d	f6	e2	2e	82	66	ca	60	c0	29	23	ab	0d	53	4e	6f
	d5	db	37	45	De	fd	8e	2f	03	ff	6a	72	6d	6c	5b	51
c	8d	1b	af	92		dd	bc	7f	11	d9	5c	41	1f	10	5a	d8
d	0a	c1	31	88	a5	cd	7b	bd	2d	74	d0	12	b8	e5	b4	b0
e	89	69	97	4a	0c	96	77	7e	65	b9	f1	09	c5	6e	c6	84
f	18	f0	7d	ec	3a	dc	4d	20	79	ee	5f	3e	d7	cb	39	48

_	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	a		С	d	e	F
0	d6	90	e9	fe	Cc	e1	3d	b7	16	b6	14	c2	28	fb	2c	05
1	2b	67	9a	76	2a	be	04	c3	aa	44	13	26	49	86	06	99
2	9c	42	50	f4	91	ef	98	7a	33	54	0b	43	ed	cf	ac	62
3	e4	b3	1c	a9	c9	08	e8	95	80	df	94	fa	75	8f	3f	a6
4	47	07	a7	fc	f3	73	17	ba	83	59	3c	19	e6	85	4f	a8
5	68	6b	81	b2	71	64	da	8b	f8	eb	0f	4b	70	56	9d	35
6	1e	24	0e	5e	63	58	d1	a2	25	22	7c	3b	01	21	78	87
7	d4	00	46	57	9f	d3	27	52	4c	36	02	e7	a0	c4	c8	9e
8	ea	bf	8a	d2	40	c7	38	b5	a3	f7	f2	ce	f9	61	15	a1
9	e0	ae	5d	a4	9b	34	1a	55	ad	93	32	30	f5	8c	b1	e3
a	1d	f6	e2	2e	82	66	ca	60	c0	29	23	ab	0d	53	4e	6f
	d5	db	37	45	De	fd	8e	2f	03	ff	6a	72	6d	6c	5b	51
c	8d	1b	af	92		dd	bc	7f	11	d9	5c	41	1f	10	5a	d8
d	0a	c1	31	88	a5	cd	7b	bd	2d	74	d0	12	b8	e5	b4	b0
e	89	69	97	4a	0c	96	77	7e	65	b9	f1	09	c5	6e	c6	84
f	18	f0	7d	ec	3a	dc	4d	20	79	ee	5f	3e	d7	cb	39	48

_	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	a		С	d	e	F
0	d6	90	e9	fe	Cc	e1	3d	b7	16	b6	14	c2	28	fb	2c	05
1	2b	67	9a	76	2a	be	04	c3	aa	44	13	26	49	86	06	99
2	9c	42	50	f4	91	ef	98	7a	33	54	0b	43	ed	cf	ac	62
3	e4	b3	1c	a9	c9	08	e8	95	80	df	94	fa	75	8f	3f	a6
4	47	07	a7	fc	f3	73	17	ba	83	59	3c	19	e6	85	4f	a8
5	68	6b	81	b2	71	64	da	8b	f8	eb	0f	4b	70	56	9d	35
6	1e	24	0e	5e	63	58	d1	a2	25	22	7c	3b	01	21	78	87
7	d4	00	46	57	9f	d3	27	52	4c	36	02	e7	a0	c4	c8	9e
8	ea	bf	8a	d2	40	c7	38	b5	a3	f7	f2	ce	f9	61	15	a1
9	e0	ae	5d	a4	9b	34	1a	55	ad	93	32	30	f5	8c	b1	e3
a	1d	f6	e2	2e	82	66	ca	60	c0	29	23	ab	0d	53	4e	6f
	d5	db	37	45	De	fd	8e	2f	03	ff	6a	72	6d	6c	5b	51
c	8d	1b	af	92		dd	bc	7f	11	d9	5c	41	1f	10	5a	d8
d	0a	c1	31	88	a5	cd	7b	bd	2d	74	d0	12	b8	e5	b4	b0
e	89	69	97	4a	0c	96	77	7e	65	b9	f1	09	c5	6e	c6	84
f	18	f0	7d	ec	3a	dc	4d	20	79	ee	5f	3e	d7	cb	39	48