流密码框架下的SM4专用认证加密算法

作     者：李胡 彭长根 侯金秋 LI Hu;PENG Changgen;HOU Jinqiu

作者机构：公共大数据国家重点实验室贵阳550025 贵州大学计算机科学与技术学院贵阳550025 

出 版 物：《计算机工程与应用》 (Computer Engineering and Applications)

年 卷 期：2024年第60卷第2期

页      面：272-278页

核心收录：

学科分类：0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(U1836205,62272124) 贵州省科技计划基金(黔科合重大专项字(3001) 黔科合支撑(2159) 黔科合平台人才(5017)) 

主　　题：SM4 认证加密 分组密码 Feistel结构 流密码 

摘      要：认证加密算法是能同时满足数据机密性与完整性的对称密码算法,在数据安全领域具有广泛应用。针对基于分组密码的认证加密算法的安全性以及效率需求,提出一种基于SM4轮函数的专用认证加密算法SMRAE。算法采用流密码思想,从SM4底层部件出发,结合Feistel结构设计状态更新函数用于轮变换,处理256 bit消息只需调用4个SM4轮函数指令。在初始化阶段将初始向量和密钥经过16轮迭代,使差分充分随机化;利用SM4加密消息,将生成的密文参与轮变换,实现状态更新和加密并行;解密时先进行消息认证,降低时间消耗,提高算法安全性。安全性分析与实验结果表明SMRAE能够抵抗伪造攻击、差分攻击和猜测攻击等主流攻击,效率高于AES-GCM,与SM4效率相当,具备一定的实用性。