[发明专利]基于非线性变换的SM4白盒实现方法

摘要

白盒技术是指通过查表来实现密码算法密钥保护的技术。本发明给出了基于非线性变换的SM4白盒实现方法。本发明属于信息安全技术领域，涉及密码算法。基于非线性变换的SM4白盒实现方法有三个基本算子构成，它们分别为D盒、R盒和X盒，分别称之为状态变换算子、密钥保护算子和异或算子。本发明给出了详细的基于非线性变换的SM4白盒实现方法步骤以及安全性分析。

主权项

基于非线性变换的SM4白盒算法，其特征在于包括：SM4白盒加密/解密算法共有32轮，每轮需要16个D盒、4个R盒和136个X盒。第r轮以4个32比特数值，(x′r+2，x′r+1，x′1，x′r‑1)＝(Er+2(xr+2)，Er+1(xr+1)，Er(xr)，Er‑1(xr‑1))为输入，其中：(a)(b)l＝r‑1，r，r+1，r+2，r＝1，2，…，32；(c)xi是标准SM4算法的中间值；计算一个新的32比特数值x′r+3＝Er+3(xr+3)，每轮计算步骤如下：(1)sr，0←Dr，10(x′r，0)，sr，1←Dr，1，2(x′r，2)；(2)sr，0←(X0，r，0，0，0，0，X0，r，0，0，1，0，…，X0，r，0，3，0，0，X0，r，0，3，1，0)(sr，0，Dr，1，1(x′r，1))；(3)sr，0←(X0，r，0，0，0，1，X0，r，0，0，1，1，…，X0，r，0，3，0，1，X0，r，0，3，1，1)(sr，0，Dr，2，0(x′r+1，0))；(4)sr，0←(X0，r，0，0，0，2，X0，r，0，0，1，2，…，X0，r，0，3，0，2，X0，r，0，3，1，2)(sr，0，Dr，2，1(x′r+1，1))；(5)sr，0←(X0，r，0，0，0，3，X0，r，0，0，1，3，…，X0，r，0，3，0，3，X0，r，0，3，1，3)(sr，0，Dr，3，0(x′r+2，0))；(6)sr，0←(X0，r，0，0，0，4，X0，r，0，0，1，4，…，X0，r，0，3，0，4，X0，r，0，3，1，4)(sr，0，Dr，3，1(x′r+2，1))；(7)sr，1←(X0，r，1，0，0，0，X0，r，1，0，1，0，…，X0，r，1，3，0，0，X0，r，1，3，1，0)(sr，1，Dr，1，3(x′r，3))；(8)sr，1←(X0，r，1，0，0，1，X0，r，1，0，1，1，…，X0，r，1，3，0，1，X0，r，1，3，1，1)(sr，1，Dr，2，2(x′r+1，2))；(9)sr，1←(X0，r，1，0，0，2，X0，r，1，0，1，2，…，X0，r，1，3，0，2，X0，r，1，3，1，2)(sr，1，Dr，2，3(x′r+1，3))；(10)sr，1←(X0，r，1，0，0，3，X0，r，1，0，1，3，…，X0，r，1，3，0，3，X0，r，1，3，1，3)(sr，1，Dr，3，2(x′r+2，2))；(11)sr，1←(X0，r，1，0，0，4，X0，r，1，0，1，4，…，X0，r，1，3，0，4，X0，r，1，3，1，4)(sr，1，Dr，3，3(x′r+2，3))；(12)x′r+3←Dr，0，0(x′r‑1，0)；(13)x′r+3←(X1，r，0，0，…，X1，r，0，7)(x′r+3，Dr，0，1(x′r‑1，1))；(14)x′r+3←(X1，r，1，0，…，X1，r，1，7)(x′r+3，Dr，0，2(x′r‑1，2))；(15)x′r+3←(X1，r，2，0，…，X1，r，2，7)(x′r+3，Dr，0，3(x′r‑1，3))；(16)x′r+3←(X1，r，3，0，…，X1，r，3，7)(x′r+3，Rr，0(sr，0，0，sr，1，0))；(17)x′r+3←(X1，r，4，0，…，X1，r，4，7)(x′r+3，Rr，1(sr，0，1，sr，1，1))；(18)x′r+3←(X1，r，5，0，…，X1，r，5，7)(x′r+3，Rr，2(sr，0，2，sr，1，2))；(19)x′r+3←(X1，r，6，0，…，X1，r，6，7)(x′r+3，Rr，3(sr，0，3，sr，1，3))；整个SM4白盒算法以(x′3，x′2，x′1，x′0)为输入，经过32轮变换后，输出(x′35，x′34，x′33，x′32)。