ZUC算法

news/2025/2/23 12:59:55/文章来源:https://www.cnblogs.com/qswz/p/18718595

1. 算法概述

ZUC（祖冲之密码算法）是我国发布的商用密码算法中的序列密码算法。可用于数据保密性保护、完整性保护等。

ZUC算法密钥长度为128比特，由128比特种子密钥和128比特初始向量共同作用产生32比特位宽的密钥流。

ZUC算法标准包括三个部分，相对应的国家和密码行业标准分别为GB/T 33133.1-2016《信息安全技术祖冲之序列密码算法第1部分：算法描述》、GM/T 0001.2-2012《祖冲之序列密码算法第2部分：基于祖冲之算法的机密性算法》、GM/T 0001.3-2012《祖冲之序列密码算法第3部分：基于祖冲之算法的完整性算法》。

ZUC256版本算法采用256比特密钥与184比特的初始向量，可产生32/64/128比特三种不同长度的认证标签。目前暂未发布。

1）ZUC算法的结构

ZUC算法由线性反馈移位寄存器（LFSR）、比特重组（BR）、非线性函数F三个基本部分组成，如图所示。

ZUC算法结构在逻辑上分为上、中、下三层，其中上层是16级LFSR，中间层是BR，下层是非线性函数F。

上层：LFSR以一个有限域GF（2³¹-1）上的16次本原多项式为连接多项式，输出具有良好的随机统计特性。LFSR的输出作为中层BR的输入。

中间层：BR从LFSR的状态中取出128比特，拼成4个字（X₀，X₁，X₂，X₃），供下层的非线性函数F和输出密钥序列使用。BR实现LFSR数据单元到非线性函数F和密钥输出的数据转换，其主要目的是破坏LFSR在素域GF（2³¹-1）上的线性结构。结合下层的非线性函数F，BR可使得一些在素域GF（2³¹-1）上的密码攻击方法变得非常困难。

下层：非线性函数F从中层的BR接收3个字（X₀，X₁，X₂）作为输入，经过内部的异或、循环移位和模232加法运算，以及两个非线性S盒变换，最后输出一个32比特W。

最后，非线性函数F输出的W与BR输出的X3异或，形成ZUC算法的输出密钥字序列Z。