專利名稱：一種sm3密碼雜湊算法及確定其中的變量字的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域，特別是涉及一種SM3密碼雜湊算法及確定其中的變量字的方法。
背景技術(shù)：
為了保證數(shù)據(jù)的安全，人們通常會將數(shù)據(jù)加密為密文，只有利用相應(yīng)的密鑰才能解密密文，得到原始數(shù)據(jù)明文。在該加解密的過程中，常常要用到密碼雜湊算法，將任一不超過(264-1)比特的二進制比特串轉(zhuǎn)換為固定長度，如256比特的二進制雜湊值輸出。在密碼學中，密碼雜湊算法所用到的密碼雜湊函數(shù)具有兩個基本特性一是輸入值與輸出值一一對應(yīng)，即兩個不同的輸入不可能生成同一個雜湊值；二是運算不可逆，即對于一已知的雜湊輸出值y，要找到一個可以計算其輸入值X的雜湊逆算法X = h(y)也是不可行的。因此，密碼雜湊算法可以有效保證數(shù)據(jù)的安全，廣泛應(yīng)用于數(shù)字簽名和驗證、消息·認證碼的生成和驗證中，在保護信息完整性方面起著重要的作用。國家密碼管理局發(fā)布的SM3密碼雜湊算法具有良好的安全性，可滿足多種密碼應(yīng)用的安全需求。該算法中，最核心的運算是在計算壓縮函數(shù)V的各次迭代值的過程中用到的8個變量字A、B、C、D、E、F、G、H的64次迭代運算，第n次迭代運算的迭代公式為SSln-S7 (S12 (An^1)+E^+S" (Tn))；SSa = SSla 51 卜丄)；TTln = FFn(Alri, Bn^1, Clri)+SS2JDM+W’ n ；TT2n = GGn (Elri, Fn^1, Glri)+SSln+Hn_i+Wn ；Dn = Cn^1 ；Dn = S9(Blri);Bn = An_1;An = TTln ；Hn = Glri ;Gn = S19(Flri);Fn = Elri ;En = F0 (TT2n)這里的Tn為常量，Am、Bn_i、Cn+ En+ Fn+ Glri為相應(yīng)變量字的第n_l次迭代值，An、Bn、Cn、Dn、En、Fn、Gn、Hn分別為各變量字的第n次迭代值，SSU SS2、TT1、TT2為中間變量字，SSln、SS2n、TTln、TT2n為其第n次迭代值，W1^PW1/均為32比特長的已知的消息擴展字，Si (X)為對字X進行循環(huán)左移i比特的運算，如計算Cn的S9 (Blri)為對變量字Blri進行循環(huán)左移9比特的運算，F(xiàn)Fn(An^1, Bn+ Clri)和GGn(En_i，F(xiàn)n+ Glri)均為表達式已知的布爾函數(shù)，P0(TT2n)為表達式已知的置換函數(shù)， 為常見的異或邏輯運算符。上述的迭代過程涉及循環(huán)左移、異或等邏輯運算以及加法運算，其中，循環(huán)左移、異或等邏輯運算的延時很小，可以忽略不計，而加法運算由于需要進位，延時較大，因此，一次迭代過程中串行的加法運算的最大數(shù)量決定了該迭代過程的延時，串行加法運算數(shù)量最多的計算路徑稱為該迭代過程的關(guān)鍵路徑。根據(jù)上述迭代公式可以看出，在一次迭代過程中，確定An和En所需要串行的加法運算數(shù)量最多，因而在該迭代過程中，確定An和En這兩個變量字的計算路徑就是決定該迭代過程的延時的關(guān)鍵路徑。圖I為現(xiàn)有的確定SM3密碼雜湊算法中的變量字的電路圖。如圖I所示，一次迭代過程中的關(guān)鍵路徑，即確定An和En這兩個變量字的計算路徑用粗線表示，要得到An需要經(jīng)過al、a2、a3、a4、a5這五次加法運算才能完成，同樣,要得到En需要經(jīng)過al、a2、a6、a7、a8五次加法運算才能完成，因而各變量字的一次迭代運算總延時約為五次加法運算的延時之和。由于對V每迭代運算一次，就需要對A-H這8個變量字迭代64次，因而在SM3密碼雜湊算法中對8個變量字進行的迭代運算的總數(shù)是很大的，現(xiàn)有技術(shù)中一次迭代過程的總延時約為五次加法運算的延時之和，嚴重影響了 SM3密碼雜湊算法的運算速度
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種SM3密碼雜湊算法及確定其中的變量字的方法，能減少變量字的迭代過程中關(guān)鍵路徑的串行加法運算的數(shù)量。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種確定SM3密碼雜湊算法中的變量字的方法，所述變量字為32比特長的八、8、(、03、？、6、11;該方法包括步驟a :設(shè)置迭代次數(shù)n為0 ;確定32比特長度的常量Tn和132個32比特長度的消息擴展字Wtl-W6P Wtl’ -w63’ ；進行初始化過程，所述初始化過程包括設(shè)置各變量字的初始迭代值A(chǔ)_p Bf CL1'D-P E-P Ff G-r IL1 ;確定中間變量字P、Q的初始值= D_1+ff> 0, Q^1 =H-i+Wo ;步驟b :按照迭代公式進行一次迭代運算，確定中間變量字SSl、SS2、TTl、TT2、P、Q 和各變量字的第 n 次迭代值 SSln, SS2n、TTln, TT2n、Pn、Qn、An、Bn、Cn、Dn、En、Fn、Gn、Hn ;所述迭代公式包括SSln = S7 [S12 (Alri) +En-^Sn(Tn)]；沿；TTln = FFn(Alri, Bn^1, Cn^1)+882^^ ；TT2n = GGn (Elri，F(xiàn)lri，Glri) +SS 1見；Dn = Cn^1 ；Cn = S9(Blri);Bn = An^1 ；An = TTln ；Hn = Glri ；Gn = S19(Flri);Fn = Elri ；En = P0 (TT2n)；Pn = Cn-W n+1 ；Qn = Gn^+\+1 ；其中，Alri、Blri、Clri、Elri、Flri、Glri為相應(yīng)變量字的第n_l次迭代值、Qlri分別為P和Q的第n-1次迭代值PFn(A1^BMClri)和GGn(En-PF1^Glri)均為布爾函數(shù)，其函數(shù)表達式分別為
權(quán)利要求
1.一種確定SM3密碼雜湊算法中的變量字的方法，所述變量字為32比特長的A、B、C、D、E、F、G、H ;其特征在于，該方法包括 步驟a :設(shè)置迭代次數(shù)n為O ;確定32比特長度的常量Tn和132個32比特長度的消息擴展字Wci-W67' Wtl’ -W63’ ；進行初始化過程，所述初始化過程包括設(shè)置各變量字的初始迭代值 A_i、B_i、Cf D_p E_p F_i、G_i、H^1 ;確定中間變量字 P、Q 的初始值 P_i = D^1+Wj。，Q^1 =H-i+Wo ; 步驟b :按照迭代公式進行一次迭代運算，確定中間變量字SSI、SS2、TT1、TT2、P、Q和各變量字的第 n 次迭代值 SSln, SS2n、TTln, TT2n、Pn、Qn、An、Bn、Cn、Dn、En、Fn、Gn、Hn ;所述迭代公式包括SSln= S7[S12(Alri)+En-^Sn(Tn)]；TTln = FFn(An+ Bn+ Cn-VSSSJPn-I ； TT2n = GGn (En+ Fn+ GnJ+SSlJQlri ； Dn = Clri ；Cn = S9(Blri)； Bn = K-i ; An = TTln ； Hn = Glri ；Gn= S19(Flri)； Fn = Elri ；En = P0(TT2n)； Pn = Ur n+1； Qn = Gn-i+Wn+i ； 其中，Alri、Bn_i、Cm、En_i、Flri、Glri為相應(yīng)變量字的第n-1次迭代值Tn+ Qlri分別為P和Q的第n-1次迭代值PFn(A1^BMClri)和GGn(En-PF1^Glri)均為布爾函數(shù)，其函數(shù)表達式分別為/7/7 ( A R C \ — / A-i ^-i Q-i (0^w^15)- \(4-1 n^_!)U(^_!HC^1 )U(4,-1 HC^1 )(16<W<63)；GG ( F F Cr 、— f En-\ Fn-\ Gn-l (0^<15) wV 卜1，w-17 _ 1(^-1 ^(^00^)(16^^63)；P0(TT2n)為置換函數(shù)，其函數(shù)表達式為P0(7T2 ) = 7T2 [f (TT2 )] [y7(TT2 )];上述的S7⑴、S12⑴、Sn(X)、S9⑴、S17⑴、S19⑴分別為對字X進行循環(huán)左移7比特、12比特、n比特、9比特、17比特、19比特的運算； 、n、U、_分別為異或、邏輯與、邏輯或、邏輯非運算符； 步驟c :n的值增加I ;判斷n是否超過63，是則執(zhí)行步驟d，否則，執(zhí)行步驟b ; 步驟d :將所述各變量字的第63次迭代值A(chǔ)63、B63、C63> D63、E63> F63> G63、H63輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟a中確定32比特長度的常量Tn的方法為設(shè)置Tn為16進制表示的79cc4519 ； 在所述步驟b按照迭代公式進行一次迭代運算之前，該方法進一步包括確定本次迭代運算中的Tn，其方法為根據(jù)Tn與n的對應(yīng)關(guān)系來確定Tn，所述對應(yīng)關(guān)系為 Tn，其中的 79cc4519 和 7a879d8a 均為 16 進制數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述步驟a中確定132個32比特長度的消息擴展字Wtl-W6P Wtl’ -W6/的方法為 步驟al :將Wtl-W15分別置為所述SM3密碼雜湊算法中長度為512比特的消息分組從最高比特位開始的第1-16個字的值，其中，每個字的字長為32比特； 步驟a2 :循環(huán)變量r從16起至67為止，根據(jù) Wr =PlWr-I6 K-9 ^15(Ks)] s\wr_u) rr_6if# W16-W67 的值，其中，S15(X)、S7(X)分別為對消息擴展字X進行循環(huán)左移15比特和7比特的運算； 步驟a3 :循環(huán)變量!■從O起至63為止，根據(jù)< =R十％+4計算%，-W6/的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述步驟a的初始化過程中設(shè)置各變量字的初始迭代值L1、B^1、CL1、D^1、E^1、F^1、G^1、H^1的方法為將各變量字的初始迭代值L1、Bf Cf D_p Ef Ff Gfl1依次置為所述SM3密碼雜湊算法中長度為256比特的壓縮函數(shù)值從最高位開始的第1-8個字的值，其中，每個字的字長為32比特。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述P、Q以及各變量字均用32比特長度的字寄存器進行存儲； 和/或，所述步驟a中確定P、Q的初始值的加法運算由加法器實現(xiàn)；所述步驟b迭代公式中的任一循環(huán)左移、異或、邏輯與、邏輯或、邏輯非、加法運算分別由相應(yīng)的移位寄存器、異或門電路、與門電路、或門電路、非門電路、加法器實現(xiàn)。
6.一種SM3密碼雜湊算法，其特征在于，該算法包括 步驟I :接收長度不超過(264_1)比特的消息m，并對其進行填充，得到長度為512比特的k倍的填充消息m’，其中的k為不超過(255+1)的正整數(shù)； 步驟2:從m’的最高比特位開始，以512比特為一個消息分組，將m’劃分為k組，各消息分組按其在m’中的比特位由高到低的順序依次記為BO-B(k-l)； 步驟3 :設(shè)置循環(huán)變量i為0 ;設(shè)置壓縮函數(shù)V的第0次迭代值VO為用16進制表示的7380166f 4914b2b9 172442d7 da8a0600 a96f30bc 163138aa e38dee4d b0fb0e4e ； 步驟4 :根據(jù)Bi確定出132個32比特長度的消息擴展字Wi0-Wi67> Wi0，-Wi63’，其中，Bi為第i個消息分組，i為0與(k-1)之間的正整數(shù)； 步驟5 :確定32比特長度的變量字Ai,Bi,Ci^Di,Ei,Fi,Gi,Hi的第63次迭代值A(chǔ)i63、Bi63、Ci63、Di63> Ei63、Fi63、Gi63、Hi63,其方法包括 步驟51 :設(shè)置迭代次數(shù)n為0 ;確定32比特長度的常量Tn ;進行初始化過程，所述初始化過程包括設(shè)置各變量字的初始迭代值A(chǔ)i H)、Bi H)、Ci H)、Di H)、Ei H)、Fi H)、Gi H)、Hi H)；確定中間變量字Pi、Qi的初始迭代值Pi(_D = DiH)+ff/ i0, QiH) = HiH)+ffi0 ； 步驟52 :按照迭代公式進行一次迭代運算，確定中間變量字SSlp SS2p TTli, TOi, Pi,Qi 和各變量字的第 n 次迭代值 SSlin、SS2in、TTlin, TT2in、Pin、Qin、Ain、Bin, Cin、Din、Ein、Fin、Gin、Hin ;所述迭代公式包括 SSlin = S7[S12(Ai(n_1))+Ei(n_1)+Sn(Tn)]；TTlin — FFn(AiH), (n-D Ci(n—i))+SS2in+Pi(n—D ；TT2in — GGn(EiH), (n-D Gi ) +SSIin+Qi (n_D ； Din = Ci (n-i)； cin = S9U ； Bin = Ai (n-i)； Ain = TTlin ； Hin = Gi(n_1}； Gin = S19U ； Fin = Ei(H-I)；Ein = P0(TT2in)； Pin = Cifn-D+Wr i (n+i)； Qin = Gifn-D+Wi (n+l)； 其中，A i (n—I)、(n—I)、(n—I)、(n—i)、Fi (n—I)、(n—I) 為相應(yīng)變量字的第n-1次迭代值;Pi (n-1)、Qifc-D 分別為 Pi、Qi 的第 n-1 次迭代值；FFn(Ai(n_D，Bi(n_D，Ci(n_D)和 GGn(Ei(n_D，F(xiàn)i(Iri)，Gi(Iri))均為布爾函數(shù)，其函數(shù)表達式分別為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的算法，其特征在于，所述步驟I中對m進行填充，得到長度為512比特的k倍的填充消息m’的方法為 將二進制數(shù)I填充到長度為I的m的最低比特位之后，得到填充消息ml ； 向ml的最低比特位之后填充z個二進制數(shù)0，得到填充消息m2，其中，z是滿足關(guān)系式(y+l+z)mod 512 = 448的最小的非負整數(shù)，mod為求模運算符； 向m2的最低比特位之后填充長度為64比特的比特串，得到m’，其中的比特串為y的二進制表示。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的算法，其特征在于，所述步驟51中確定32比特長度的常量Tn的方法為設(shè)置Tn為16進制表示的79cc4519 ； 在所述步驟52中按照迭代公式進行一次迭代運算之前，該算法進一步包括確定本次迭代運算中的Tn，其方法為根據(jù)Tn與n的對應(yīng)關(guān)系來確定Tn，所述對應(yīng)關(guān)系為，其中的—4519和7a879d8a均為16進制數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的算法，其特征在于，所述步驟4中根據(jù)Bi確定出132個32比特長度的消息擴展字Wi(l-Wi67、Wi(l’ -Wi63’的方法為 步驟41 :將Witl-Wil5分別置為Bi從最高比特位開始的第1-16個字的值，其中，每個字的字長為32比特； 步驟42 :循環(huán)變量r從16起至67為止，根據(jù) Wir=Pl[Wl(r_l6) Wl(r_9) ^15(Wl(r_3))] (Wl(r_l3)) wl(r_6)計算 Wii6-Wi67 的值，其中，S15⑴、S7⑴分別為對消息擴展字X進行循環(huán)左移15比特和7比特的運算；步驟43 :循環(huán)變量!■從O起至63為止，根據(jù)< =I 計算Witl’ -Wi63’的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的算法，其特征在于，所述步驟51的初始化過程中設(shè)置各變量字的初始迭代值A(chǔ)i H)、Bi H)、Ci H)、Di H)、Ei H)、Fi H)、Gi H)、Hi H)的方法為將各變量字的初始迭代值A(chǔ) i (-1)、Bi (-1)、Ci (-D、Di (-D、Ei (_!)、Fi (_!)、Gi (_!)、Hi (_!) 依次置為V的第i次迭代值Vi從最高位開始的第1-8個字的值，其中，每個字的字長為32比特。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SM3密碼雜湊算法及確定其中的變量字的方法。變量字為A-H；該方法包括步驟a設(shè)置n＝0；確定常量Tn和消息擴展字W0-W67、W0’-W63’；進行設(shè)置A-H及P和Q的初始化值A(chǔ)-1、B-1、C-1、D-1、E-1、F-1、G-1、H-1、P-1＝D-1+W’0，Q-1＝H-1+W0；步驟b按照迭代公式進行一次迭代運算，確定SS1、SS2、TT1、TT2、P、Q和各變量字的第n次迭代值；迭代公式包括SS1n＝S7[S12(An-1)+En-1+Sn(Tn)]；TT1n＝FFn(An-1，Bn-1，Cn-1)+SS2n+Pn-1；TT2n＝GGn(En-1，F(xiàn)n-1，Gn-1)+SS1n+Qn-1；Dn＝Cn-1；Cn＝S9(Bn-1)；Bn＝An-1；An＝TT1n；Hn＝Gn-1；Gn＝S19(Fn-1)；Fn＝En-1；En＝P0(TT2n)；Pn＝Cn-1+W′n+1；Qn＝Gn-1+Wn+1；步驟cn自動加1；判斷n是否超過63，是則執(zhí)行輸出A-H的迭代終值，否則繼續(xù)迭代。本發(fā)明能減少變量字的迭代過程中關(guān)鍵路徑的串行加法運算的數(shù)量。
文檔編號H04L9/32GK102761414SQ201110105198
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者劉建巍, 劉振, 屈善新, 徐樹民, 王紹麟, 田心 申請人:航天信息股份有限公司