祖冲之算法分析及其硬件实现

详细分析了3GPP LTE国际加密标准祖冲之(ZUC)算法的结构及其硬件实现过程.ZUC流式加密算法采用了线性反馈移位寄存器(LFSR),比特重组(BR)和非线性函数F的三层结构设计,具有很高的安全性.同时,ZUC算法在设计时就充分考虑了软硬件实现的低复杂度,因此非常适合于硬件实现.ZUC算法在Altera的Cyclone FPGA上实现,需要2 013个逻辑单元,不需要存储器.在中芯国际SMIC 0.18 μm的CMOS工艺上实现的芯片面积为109 823 μm2.     

3GPP LTE国际加密标准ZUC算法

ZUC算法是中国自主设计的流密码算法,现已被3GPP LTE采纳为国际加密标准,即第四代移动通信加密标准。ZUC算法是中国第一个成为国际密码标准的密码算法,其标准化的成功,是中国在商用密码算法领域取得的一次重大突破,体现了中国商用密码应用的开放性和商用密码设计的高能力,必将增大中国在国际通信安全应用领域的影响力。文中简单介绍了ZUC算法及其特点。     

祖冲之序列密码算法IP核的设计与实现

祖冲之序列密码算法是中国自主研究的流密码算法,是运用于下一代移动通信4G网络中的国际标准密码算法,该算法包括祖冲之算法（ZUC）、加密算法（128-EEA3）和完整性算法（128-EIA3）三个部分。目前,已有对ZUC算法的优化实现,而专门针对128-EEA3和128-EIA3的硬件实现与优化,尚未见公开发表的论文。文章设计了祖冲之序列密码算法的IP核,该IP核基于ZUC算法模块,同时支持128-EEA3和128-EIA3,并且保持ZUC模块的高吞吐率。最后,在Virtex-5FPGA平台上对该IP核进行了实现,并对其性能进行了比较和分析。     

ZUC序列密码算法的选择IV相关性能量分析攻击

为了分析ZUC序列密码算法在相关性能量分析攻击方面的免疫能力,该文进行了相关研究。为了提高攻击的针对性,该文提出了攻击方案的快速评估方法,并据此给出了ZUC相关性能量分析攻击方案。最后基于ASIC开发环境构建仿真验证平台,对攻击方案进行了验证。实验结果表明该方案可成功恢复48 bit密钥,说明ZUC并不具备相关性能量分析攻击的免疫力,同时也证实了攻击方案快速评估方法的有效性。相比Tang Ming等采用随机初始向量进行差分能量攻击,初始向量样本数达到5000时才能观察到明显的差分功耗尖峰,该文的攻击方案只需256个初始向量,且攻击效果更为显著。     

祖冲之算法硬件实现与研究

祖冲之(ZUC)算法是我国自主研制,纳入新一代宽带无线移动通信系统的国际加密标准,考虑现阶段祖冲之流密码算法的实现多为软件,效率和速度还有待提高。为适应大数据时代对高速数据实时加密的需求以及进一步推广 ZUC 算法的使用,结合 ZUC 算法特性,利用硬件描述语言 VHDL 对其进行高效的 FPGA 硬件设计,并使用 Xilinx 公司 ISE 软件进行综合仿真验证设计正确性,最后将模块封装成 IP 软核。结合 Xilinx 公司的 ARM 与 FPGA 联合平台设计相应的接口软件进行实际测试,性能分析和资源评估,为 ZUC 算法提供了一种高效硬件设计参考。最后给出 ZUC 模块在实际加密视频数据的应用,与纯软件实现相同功能相比,系统性能提升了3倍以上,可以满足实时视频数据的加密。     

定位信息加密系统的研究与设计

本文设计了一套能够实时感知、可靠传递以及智能管理的安全定位系统,该系统是基于以祖冲之算法为基础,利用北斗设备、GSM、百度地图API以及GPRS加密传输信息的定位系统,保证了关键信息的安全加密传输。该系统可实现对设备的精确定位、安全监控和智能化管理,对于提高设备管理水平具有重要意义。     

基于ZUC与DWT-SVD的交换加密水印算法

为了有效解决多媒体数据在传输、存储过程中的安全及版权保护问题,提出基于祖冲之序列密码算法(zuc)与离散小波变换—奇异值分解(DWT-SVD)的交换加密水印算法.该算法基于奇异值不变性,将水印嵌入到奇异值中,通过ZUC算法分别对奇异值矩阵集合、奇异矩阵集合置换加密.水印嵌入操作与加密操作的先后顺序不影响含水印密文的生成,且从含水印密文和解密后的明文中都能提取完整的水印.实验表明,水印的不可见性较好,算法有较高的安全性并具有—定的鲁棒性.     

基于祖冲之算法和DNA编码的图像分组加密方法

为了进一步研究具有更高安全性的加密方法,结合基于DNA编码思想、祖冲之密钥流产生器以及分组加密结构,提出了一种基于祖冲之算法和DNA编码的图像分组复合加密方法.该方法首先利用祖冲之算法产生分组加密结构的密钥流;然后对明文图像信息以及密钥流进行DNA编码;最后利用分组迭代轮数的奇偶性决定明文图像分块模式,并基于DNA符号运算的改进Feistel分组结构实现明文图像分组加密,将加密结果进行DNA编码反变换生成最终密文图像.通过安全性分析,该算法具有很好的抗攻击能力和有效性,可以广泛应用到图像信息安全保护中.     

祖冲之算法的国际标准化进展和终端一致性测试

ZUC作为我国自主设计的密码算法,于2011年被3GPP采用为LTE系统安全机制中的密码算法标准之一。LTE系统安全机制包含对AS层和NAS层的鉴权,数据加密,信令的完整性保护,这些安全机制依赖于严密的算法。本文对ZUC算法的终端一致性测试涵盖在PDCP层和NAS层的数据加密和信令完整性保护的测试进行了分析和研究。