密码库LibTomCrypt学习记录——（2.21）分组密码算法的工作模式—

本文主要是介绍密码库LibTomCrypt学习记录——（2.21）分组密码算法的工作模式——F8加密模式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

F8和F9用在3G安全中的是机密性算法（f8）和完整性算法（f9），两者都是基于KASUMI算法构造。f8是变形的OFB模式的序列密码；而f9则是变形CBC-MAC模式的消息认证码。

KASUMI算法是日本三菱的Matsui等人基于MISTY算法设计的分组密码。分组大小64bit，密钥长度128bit。由于算法内部大量的使用了16bit的运算，因此最适合16bit处理器实现。

F8是以流密码的形式进行工作的，即源源不断的产生密码流，密钥流与密文异或就是加密，密钥流与密文异或就是解密。

F8算法

输入

COUNT 32 bit 计数器
BEARER 5 bit
DIRECTION 1 bit
CK 128 bit 密钥
LENGTH * 加解密信息长度可以是 1 - 5114bit
IBS 1-5114 bit 输入流

输出

OBS 1-5114 bit 输出流

Step 1. 初始化

寄存器A = COUNT || BEARER || DIRECTION || 0…0 ，即末尾添加26bit的0

KM = 0x55555555555555555555555555555555 (128bit的密钥掩盖数)

KSB0 = 0

A = KASUM(A)CK XOR KM

Step 2. 密钥流的生成

BLOCKS = LENGTH/64的向上取整（为了使最后一个可能不完整的分组也能得到密钥流）

for(i = 1; i <= BLOCKS; i++ )

{

}

生成的密钥流为KS

KS[((n-1)*64)+i] = KSBn[i] , n = 1 … BLOCKS, i = 0 … 63 //bit级的表示

Step 3 加解密

for(i = 0; i <= LENGTH; i++ )

{

OBS[i] = IBS[i] XOR KS[i] //bit级的异或

}

F8的密钥流生成图如下

F8的密钥流生成图

LibTomCrypt与F8

LibTomCrypt里的F8与3G文档里面的描述有些出入:

加密算法不一定使用KASUMI，比如其测试函数中使用的是AES。这样就使得分组大小不再是64bit，而是128bit。
f8_start()函数里的输出值IV就是文档中的寄存器A的初始化值，即调用者需在调用f8_start()之前自行完成IV = A = COUNT || BEARER || DIRECTION || 0…0 。
初始化阶段，文档中的描述为A = KASUM(A)CK XOR KM，LibTomCrypt里面是加密A用的密钥不是CK XOR KM（KM = 0x55…55，128bit）而是CK XOR (salt||0x555…55)，测试程序中的salt为32bit，链接的0x555…55为96bit

涉及信息如下：

F8的结构体是

typedef struct {

int cipher；

int blocklen；

int padlen; /** The padding offset */

unsigned char IV[MAXBLOCKSIZE], // KSB_i 即最新得到的密钥流分组

unsigned char MIV[MAXBLOCKSIZE]; // 寄存器 A，

ulong32 blockcnt; // 分组计数器同文档 /** Current block count */

symmetric_key key;

} symmetric_F8;

相关函数有：

int f8_start( int cipher, const unsigned char *IV, const unsigned char *key, int keylen, const unsigned char *salt_key, int skeylen, int num_rounds, symmetric_F8 *f8);

int f8_encrypt(const unsigned char *pt, unsigned char *ct, unsigned long len, symmetric_F8 *f8);

int f8_decrypt(const unsigned char *ct, unsigned char *pt, unsigned long len, symmetric_F8 *f8);

int f8_getiv(unsigned char *IV, unsigned long *len, symmetric_F8 *f8);

int f8_setiv(const unsigned char *IV, unsigned long len, symmetric_F8 *f8);

int f8_done(symmetric_F8 *f8);

int f8_test_mode(void);

──────────────────────────────────────

int f8_start( int cipher, const unsigned char *IV, const unsigned char *key, int keylen, const unsigned char *salt_key, int skeylen, int num_rounds, symmetric_F8 *f8);

// [功能] 初始化F8