张宇鹏, 高 莹,2, 严 宇, 刘 翔

1. 北京航空航天大学 网络空间安全学院, 北京 100191

2. 空天网络安全工业和信息化部重点实验室, 北京 100191

1 引言

ZUC 算法(即ZUC-128 序列密码算法) 是我国自主设计的密码算法, 也是我国第一个成为国际商业密码标准的国产密码算法. 2011 年9 月, 在第三代合作伙伴计划(3GPP) 组织的第53 次会议上, 基于ZUC 密码算法的数据加密算法EEA3 和认证算法EIA3 成为3GPP LTE 标准[1]. 2020 年4 月, 在国际标准化组织ISO 的工作组会议上, ZUC 算法成为ISO/IEC 国际标准[2], 进入标准发布阶段. ZUC 算法是我国商用密码的重要组成部分, 主要用于通信领域的数据机密性和完整性保护工作. 2018 年, 为了适应5G 通信的需求, ZUC 算法研制组研制了“ZUC-256 流密码算法”, 从128 比特密钥升级到256 比特密钥,升级版的算法与ZUC-128 算法高度兼容, 可提供消息加密和认证[3].

在优化ZUC 算法实现、提高工作效率方面,国内外学者已经在软件和硬件方面做出了很多尝试. 总体来说, 在ZUC 算法的硬件实现方面取得的速度令人满意, Zhang 等人[4]使用一种新的展开架构将ZUC算法在ASIC 上的实现速度提高到100 Gbps. 但是, 由于ZUC 算法的设计结构所限, ZUC 算法在软件实现速度远远不如硬件速度. 在ZUC 算法标准报告[5]中, 提到了一种利用移位和与运算实现模231−1的加法和乘法的快速运算方法. Avanzi 等人[6]提出用延迟取模的方法提高LFSR 的实现效率. 李建鹏等人[7]使用优化函数调用过程和优化执行过程的方法, 减少了访存时的冲突, 并减少了运行时取模运算的次数. Yu 等人[8]使用延迟取模、滑动窗口和将S 盒合……