|
|
摘 要
随着移动通信技术的飞速发展和普及，其中的安全问题正受到越来越多的关注。在第三代动通信系统中，除了传统的语音和数据业务外，还提供多媒体业务、交互式数据业务、电子商务、互联网服务等多种信息服务。因此，如何保证业务信息的安全性以及网络资源使用的安全性已成为 3G 系统中重要而迫切的问题。http://www.16sheji8.cn/
在 3GPP 系统的安全结构中有两个标准算法：机密性算法 f8 和完整性算法 f9 。这两个算法都是基于 KASUMI 算法的。 KASUMI 算法在 128 位密钥的控制下，输入 64 位数据，产生 64 位输出。本论文简单介绍了KASUMI算法的原理和机构，并且介绍了用 KASUMI 算法的一种基于 FPGA的硬件实现方法，并且给出测试结果。
关键词：KASUMI算法；FPGA；3G
High-Speed encryption and decryption Hardware Implementation of the 3GPP Algorithm KASUMIhttp://www.16sheji8.cn/
Abstract
Along with the prosperous developing and popularity of the mobile communication technology, the more advanced security is required in the communication system. In 3G mobile communication systems, more and more new services are provided, such as multimedia, interactive data transaction, electronic business and internet services, except for traditional voice service and data service. So how to guarantee the security of the information transmitted in the mobile communication system and the security of the network resources has become an urgent problem.
Within the security architecture of the 3GPP system there are two standardized algorithms: A confidentiality algorithm f8, and an integrity algorithm f9. Each of these algorithms is based on the KASUMI algorithm. The 3G core cryptographic algorithm: KASUMI algorithm was presented in the paper, including its principles and components. KASUMI is a block cipher that produces a 64-bit output from a64-bit input under the control of a 128-bit key. In this paper one FPGA Implementation of the KASUMI algorithm is presented.http://www.16sheji8.cn/
Key words: KASUMI algorithm; FPGA;3G
目 录
论文总页数：27页
1 引言 1
1.1 KUSAMI算法的背景介绍 1
1.2 选题意义 1
1.3 课题研究方法 1
2 算法的构成原理 2http://www.16sheji8.cn/
2.1 KASUMI算法 2
2.2 KASUMI算法中的函数 3
2.2.1 第I轮的轮函数FI 3
2.2.2 函数FL 3
2.2.3 函数FO 4
2.2.4 函数FI 4
2.2.5 S-BOXES 5
2.2.6 S7 5
2.2.7 S9 6
2.2.8 子密钥的生成 8
3 算法的应用和安全性 9
4 设计说明 10
4.1 设计思路 10
4.2 S9-S7盒函数模块设计 11
4.2.1 S9-S7盒设计思想 11
4.2.2 S9-S7盒设计结构简述 11
4.2.3 S9-S7函数模块实例测试 11
4.3 FI函数模块设计说明 13
4.3.1 FI函数模块设计思想 13
4.3.2 FI函数模块设计结构简述 13
4.3.3 FI函数模块实例测试 13
4.4 FO函数模块设计说明 14
4.4.1 FO函数模块设计思想 14
4.4.2 FO函数模块设计结构简述 15
4.4.3 FO函数模块实例测试 15
4.5 FL函数模块设计说明 16
4.5.1 FL函数模块设计思想 16
4.5.2 FL函数模块设计结构简述 17
4.5.3 FL函数模块实例测试 17
4.6 密钥生成函数模块设计说明 18http://www.16sheji8.cn/
4.6.1 密钥生成函数模块设计思想 18
4.6.2 密钥生成函数模块设计结构简述 19
4.6.3 密钥生成函数模块实例测试 19
4.7 KASUMI函数模块设计说明 20
4.7.1 KASUMI函数模块设计思想 20
4.7.2 KASUMI函数模块设计结构简述 21
4.7.3 KASUMI函数模块实例测试 21
4.8 KASUMI算法解密模块 22
4.8.1 KASUMI算法解密模块设计思想 22
4.8.1.1 Feistel结构介绍 22
4.8.1.2 KASUMI解密模块设计 24
总 结 25
参考文献 26http://www.16sheji8.cn/
致 谢 26
声 明 27
1 引言
1.1 KUSAMI算法的背景介绍
随着通信技术的高速发展，第三代移动通信系统（3G）将成为人们生活中重要的通信方式3G系统中业务信息的安全性以及网络资源使用的安全性将越来越重要。为了对3G系统提供安性，3G的国际组织3GPP(3rd Generation Partnership Project)在3G的安全结构中定义了两个标准的核心算法f8和f9。f8算法是加密算法，f9是完整性算法，这两个算法都是基于KASUMI算法的。于3G的环境的独特性，3GPP组织要求设计的算法要有能力在3G环境中提供相当高的安全性，在其硬实现上要功耗要低和比较少的门电路，算法设计不能过于复杂，但是要能对抗现有的所有攻击，并能为抗非现实的理论攻击提供足够高的安全边际。KASUMI算法满足了3GPP的这些要求。KASUMI法是基于日本三菱公司的组密码MISTY1[33],是它的改进版本，它是一种分组加密算法，它遵循了三条原则：安全性有足够的数学基础；算法的软件实现在任何处理器上要足够的快；算法的硬件实现也要足够的快。这个算法在设计上具有对抗差分和线性密码分析的可证明的安全性。http://www.16sheji8.cn/
1.2 选题意义
有一类数字信号处理必须在规定的时间内完成，如在军用无线通信系统和机载雷达系统中我们常常需要对检测到的微弱信号增强、加密、编码、压缩，接收端必须及时地解压缩、解码和解密并重现清晰的信号。用高速的通用微处理器芯片也无法在规定的时间内完成必须的运算。我们必须为这样的运算设计专用的硬线逻辑电路，这可以在高速FPGA器件上实现或制成高速专用集成电路。如果利用KASUMI算法对这类数字信号进行处理，就需要在高速FPGA器件上实现或制成高速专用集成电路。
并且微处理器芯片中的内部总线和运算部件也是为通用的目的而设计，即使是专为信号处理而设计的通用微处理器，因为它的通用性，也不可能为某一个特殊的算法来设计一系列的专用的运算电路，而且其内部总线的宽度也不能随意改变，只有通过改变程序，才能实现这个特殊的算法，所以需要在高速FPGA器件上实现或制成高速专用集成电路http://www.16sheji8.cn/
