李 翔， 徐 童， 熊 焰

（中国科学技术大学 计算机科学与技术学院，安徽 合肥 230027）

0 引言

为了保证移动通信的安全性并满足实时性的要求，加密算法往往采用硬件实现而非软件实现。但近年来，随着通用处理器工艺的提高，其性能也越来越接近移动通信芯片的要求。使用通用处理器，同时具有开发周期短、开发模式灵活等优点，这使得对通信算法软件实现的研究越发重要，并使软件无线电（SDR）的实际部署成为可能。

Kasumi算法作为第三代移动通信系统（3G）的核心加密算法，以 f 8和 f 92种模式使用[1]，其中 f 8是加密算法，f 9是完整性算法，二者都是基于 Kasumi算法的输出反馈模式（OFB）形成的流密码。由于 Kasumi算法是基于 Feistel网络结构的分组密码，其 OFB模式无法并行实现，而且在移动通信中同时通信的不同用户需要使用不同的密钥，密钥分配也是十分耗时的计算模块，因此少有高效的软件实现方法提出。

在本文中，提出一种基于包并行的高效软件实现方法，并且对 FI子函数以查表的方式进行优化，同时引入新的SSE转置指令用于快速生成不同用户的密钥。实验表明我们的方法比协议中的实现快四倍，达到3GPP规定的实际部署的要求。

1 Kasumi算法

Kasumi算法是分组密码 MISTY1[2]的一个改进版本，64 bit的输入在128 bit密钥的加密下产生64比特的输出。该算法是一个八轮的 Feistel网络[3]，包括FL，FO和FI 3个子函数，每个子函数使用对应的子密钥 KL，KO和 KI，分别由 128位密钥生成。其结构如图1所示。

具体加密过程如下：将 64 bit的输入 I分成32 bit的2部分，分别为L0和R0，即I = L0|| R0。对于第 i轮迭代（1 ≤ i ≤ 8），Ri= Li-1，Li= Ri-1⊕fi(Li-1, RKi)。……