ZUC算法原理及实现过程(共5页).doc

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ZUC算法原理及实现过程
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ZUC算法原理及实现过程
算法设计背景
ZUC算法，即祖冲之算法，是3GPP机密性算法EEA3和完整性算法EIA3的核心，为中国自主设计的流密码算法。2009年5月ZUC算法获得3GPP安全算法组SA立项，正式申请参加3GPPLTE第三套机密性和完整性算法标准的竞选工作。历时两年多的时间，ZUC算法经过评估，于2011年9月正式被3GPPSA全会通过，成为3GPPLTE第三套加密标准核心算法。ZUC算法是中国第一个成为国际密码标准的密码算法。
算法原理
ZUC是一个面向字的流密码。它采用128位的初始密钥作为输入和一个128位的初始向量（IV），并输出关于字的密钥流（从而每32位被称为一个密钥字）。密钥流可用于对信息进行加密/解密。
ZUC的执行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。在第一阶段，密钥和初始向量进行初始化，即不产生输出。第二个阶段是工作阶段，在这个阶段，每一个时钟脉冲产生一个32比特的密钥输出。
（1）运算符说明
整数模
整数比特异或
字符串和b的连接
二进制表示的最左16位值
二进制表示的最右16位值
向左比特的循环移位
向右1比特的移位
值分配到对应的值
（2）算法结构
ZUC有三个逻辑层，见下图。顶层为一个线性反馈移位寄存器（）的16个赛段，中间层是比特重组（），最下层为一个非线性函数。
图1 ZUC的整体结构图
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(3) 线性移位反馈寄存器（）
具有16个31比特的单元，每个单元取值均在下面的集合中：
有两种模式的操作，即初始化模式和工作模式。在初始化模式中，接收一个31比特的输入，是删除非线性函数的32位输出最右边的位得到的。也就是说，可将初始化模式工作原理表示为：
LFSRWithInitialisationMode（）
{
1、；
2、；
3、如果，则设；
4、
}
在工作模式中，不接收任何输入，它的工作原理表示为：
LFSRWithWorkMode()
{
1、；
2、如果，则设；
3、；
}
（4） 比特重组
ZUC算法的中间层是比特重组，从的单元中提取128比特的输出并形成4个32比特的字，前三个字将用于最底层的非线性函数中，而最后一个字会在密钥流的产生中用到。
令是中的8个单元，则形成4个32比特字的比特重组过程如下：
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