轻量级分组加密算法ESF

轻量级分组加密算法ESF

ESF算法为基于Feistel结构设计的轻量级分组密码算法。算法分组大小为64位，密钥长度为80位。ESF算法共迭代32轮，每轮轮函数F由轮密钥加、S盒代换、P盒置换3部分组成。

（1）轮密钥加层

将32位的轮密钥与32位的中间状态逐比特异或。

中间状态为B0…B31，轮密钥为RK0…RK31，则输出为Bi=Bi+RKi（0≤ i≤31 ）。

（2）S盒代换层

把（1）中输出的32位中间状态划分为8个4-bit的y0……y7，然后y0…y7依次进入8个（s0……s7）不相同的4X4S盒，输出为s0[y0]……s7[y7]。

（3）P盒置换层

把（2）中输出的32位中间状态划分为32个独立bit的b0……b31，然后进行换位置换，输出为b0……b31。

当0≤i<8时，b4i||b4i+1||b4i+2||b4i+3→ci||ci+8||ci+16||ci+24．

轮密钥生成算法

ESF密码算法的密钥扩展主要采用循环移位寄存器和使用与加密过程不相同4-bit的S盒代换计算相结合的方式，先将80bit初始密钥k79k78…k1k0保存在移位寄存器中，第i轮的轮密钥即是取当前寄存器中密钥中间状态Ki的左边32bit：

Ki=k31k30…k1k0=k79k78…k49k48

考虑到ESF算法的实现性能和密码安全性的平衡，密钥为80bit的ESF的密钥扩展算法步骤如下：

1。首先将寄存器中的密钥中间状态

Ki循环左移13bit：

k79k78…k1k0=k66k65…k68k67

2。然后用ESF加密算法中使用的的第一个4-bitS盒s0，与经过循环左移后的密钥中间状态Ki的左边4bit值进行代换运算：

k79k78k77k76=s0[k79k78k77k76]k75k74k73k72=s0[k75k74k73k72]

3。最后将密钥中间状态中k47k46k45k44k43与5bit轮计数器轮数round_counter进行按位异或运算：

k47k46k45k44k43=[k47k46k45k44k43]⊕round_counter

4。然后取当前寄存器中密钥中间状态Ki的左边32bit：Ki=k31k30…k1k0=k79k78…k49k48作为第i轮的轮密钥