一种新的实用安全加密标准算法——Camellia算法
(YR(32)∪klR(32),YL(32)||((XL(32)∩klL(32)??<<<1)+YR(32)
FL-1:L×L→L
(YL(32)||YR(32),klL(32)||klR(32)→ ?(8)
(YR(32)∪klR(32),YL(32)||((XL(32)∩klL(32)??<<<1)+YR(32)
2 Camellia算法的加、解密及密钥扩展实现过程
(1)加、解密过程
Camellia算法的整个加密过程有18轮Feistel结构,在第6轮和第12轮之后加入了FL/FL-1变换层,用来打乱算法的规律性,并且在第1轮之前和最后1轮之后使用了128比特的异或操作。解密过程与加密过程完全相同,只是圈密钥注入顺序与加密相反。128比特密钥Camellia算法的加密过程如图1所示。
(2)密钥扩展
Camellia算法的密钥扩展遵循了严格的设计准则,如实现简单且与加、解密过程共用部件,密钥配置时间小于加密时间,支持在线密钥生成,没有等效密钥,能够抵抗相关密钥攻击和滑动攻击等。整个过程只需通过三个中间变量,KL(128)=K(128),K(128)=0?KA的简单移位即可得到子密钥kwt(64)(t=1,…,4),ku(64)(u=1,…,18)和klv(64)(v=1,…,4),且中间生成过程与加密过程共用了部件F(如图1、2所示)。
3 Camellia算法的安全性
设计者用差分扩散概率和线性相关概率的保守上界证明了任何含SPN网络的十六圈Camellia密码对差分密码分析和线性密码分析都是安全的;此外,通过对活动S盒的计数说明十二圈Camellia中没有概率大于2-128的差分特征和线性特征;带或不带FL层的十圈Camellia都具有伪随机置换特性,能够抵抗截断差分攻击和线性密码分析;设计者还声称Camellia能够抵抗不可能差分攻击、Boomerang攻击、高阶差分攻击、相关密钥攻击、插入攻击、Slide攻击、线性和攻击及Square攻击。在密钥的安全性上,一方面不存在等效密钥;另一方面,子密钥来自主密钥的加密结果KA和KB,改变主密钥并不能获得预想的KA和KB,反之亦然,因而无法控制和预测子密钥之间的关系,从而相关密钥攻击难以成功。由于密钥长度不少于128比特,以当前的计算能力还无法对Camellia成功实施诸如密钥穷举搜索攻击、时间存储权衡攻击、字典攻击和密钥匹配等类型的强力攻击。
4 Camellia算法在各种平台上的性能比较
评测一个分组密码的好坏,除了要求其具有高的安全性外,还要求算法在应用平台上实现简单。Camellia算法在设计时充分考虑到了这一点,下面给出其在各种平台上的性能参数。评测算法在软件平台上实现性能时,首要考虑其速度,其次还要看算法实现时所需的存储空间,表1前半部分给出了Camellia算法在常用的32位处理器上各种软件平台的实现性能。高的加密速度和低的存储需求,表明Camellia算法可以有效地应用于各种软件系统中。从表1后半部分可以看出Camellia算法在高端和低端的智能卡平台上同样有着良好的性能;由于Camellia算法的密钥扩展与加、解密过程有共用部分,所以其硬件平台所需的芯片面积大大减少,降低了硬件成本,便于推广应用,详细参数见表2。
表1 Camellia算法在软件和智能卡平台上的性能