祖冲之算法（ZUC-128）C语言实现
祖冲之算法
1、算法原理
算法整体结构分为上中下三层。上层为线性反馈移位寄存器LFSR，中层为比特重组BR，下层为非线性函数F。
（1）线性反馈移位寄存器
LFSR包括16个31比特寄存器单元s0s15~。LFSR的运行模式有两种：初始化模式和工作模式。
初始化模式下，LFSR接收一个31比特字u，u由非线性函数F的32比特输出W舍弃最低位（右移一位）得到。初始化模式下LFSR进行如下操作：
LFSRWithInitialisationMode(u)
{
v = (2^15)*s[15]+(2^17)*s[13]+(2^21)*s[10]+(2^20)*s[4]+(1+2^8)*s[0] mod (2^31-1);
s[16]=(v+u) mod (2^31-1);
if (s[16]==0)
s[16]=2^31-1;
(s[1],s[2],...,s[16])-→(s[0],s[1],...,s[15]);
}
工作模式下LFSR无输入，进行如下操作：
LFSRWithWorkMode()
{
s[16] = (2^15)*s[15]+(2^17)*s[13]+(2^21)*s[10]+(2^20)*s[4]+(1+2^8)*s[0] mod (2^31-1);
if (s[16]==0)
s[16]=2^31-1;
(s[1],s[2],...,s[16])-→(s[0],s[1],...,s[15]);
}
（2）比特重组BR
设BR的输入为LFSR的s[0]~s[15]，输出为4个32比特字X0，X1，X2，X3。计算过程如下：
BitReconstruction()
//H表示截取高16位，L表示截取低16位，||表示连接
{
X0=(s[15]~H)||(s[14]~L);
X1=(s[11]~L)||(s[9]~H);
X2=(s[7]~L)||(s[5]~H);
X3=(s[2]~L)||(s[0]~H);
}
（3）非线性函数F
非线性函数的输入为3个32比特字X0，X1，X2，输出为一个32比特字W。计算过程如下：
F(X0,X1,X2)
{
W=(X0^R1)+R2;
W1=R1+X1;
W2=R2^x2;
R1=S(L1((W1~L)||(W2~H)));
R2=S(L2((W2~L)||(W1~H)));
}
// <<<表示循环左移
L1(x)=x^(x<<<2)^(x<<<10)^(x<<<18)^(x<<<24);
L2(x)=x^(x<<<8)^(x<<<14)^(x<<<22)^(x<<<30);
（4）密钥装入
初始密钥k和初始向量iv分别扩展位16个LFSR存储单元的初始状态。设k=k0||…||k15，iv=iv0||…||iv15（ki与ivi都是8比特）。规定D=d0||…||d15为240比特常量。有如下关系：si=ki||di||ivi。
2、算法流程
祖冲之算法的运行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。
首先进行初始化阶段。这一阶段将初始密钥和初始向量装入LFSR作为其初态，并置R1和R2为0，然后进行一系列操作。具体流程如下：
Init(k,iv)
{
k_iv_load(k,iv);
R1=R2=0;
do following 32 times:
{
BitReconstruction();
W=F(X0,X1,X2);
LFSRWithInitialisationMode(W>>1);
}
}
然后进入工作阶段。工作阶段产生密钥流。具体流程如下：
Work()
{
BitReconstruction();
W=F(X0,X1,X2);
LFSRWithWorkMode();
while(true)
{
BitReconstruction();
Z=F(X0,X1,X2)^X3;
output Z;
LFSRWithMode();
}
}
下面是激动人心的C语言代码辣~~~
/***********************/
/*made by cute xp */
/*2020.4.28 */
/***********************/
#include