Rc4流密碼生成器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種RC4流密碼生成器，K-box模塊將M*N比特的原始密鑰Key的各位按設(shè)定規(guī)則組合為F組一級(jí)秘鑰矢量，每一組一級(jí)秘鑰矢量包括2~個(gè)N比特位寬的二級(jí)密鑰矢量，并將各組一級(jí)秘鑰矢量及其二級(jí)密鑰矢量依序輸出，生成的流密碼以N比特位寬的格式進(jìn)行輸出，由于原始密鑰分為多個(gè)二級(jí)密鑰矢量，每個(gè)二級(jí)密鑰矢量較短，每次RC4運(yùn)算使用的輸出密鑰寬度僅為一個(gè)二級(jí)密鑰矢量的寬度，所以S-box模塊中可以采用幾個(gè)較短長(zhǎng)度的寄存器的替代常規(guī)的1字節(jié)X256的RAM陣列；并且由于每一組一級(jí)秘鑰矢量的RC4運(yùn)算輸出的流密碼的較短，用較小的寄存器即可實(shí)現(xiàn)暫存，不需要使用較大容量的RAM模塊進(jìn)行流密碼的暫存，大大減小了硬件資源消耗。
【專利說(shuō)明】RC4流密碼生成器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息安全技術(shù)，特別涉及一種RC4流密碼生成器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在諸多信息產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，不得不考慮信息傳輸?shù)陌踩用軉?wèn)題，使用硬件進(jìn)行加 密是高效、安全的解決方法。RC4流密碼在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用中占有重要地位，可以利用其來(lái) 對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密。
[0003] RC4是一種分組對(duì)稱加密算法，具有安全性高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)安全中。RC4加密的基本思想是，生成一個(gè)叫流密碼的偽隨機(jī)序列字節(jié)流，然后與明文 數(shù)據(jù)相異或，生成密文。解密算法與加密算法一致，使用相同的流密碼與密文異或得到明 文。RC4加密算法關(guān)鍵在于生成偽隨機(jī)的流密碼。
[0004] RC4實(shí)際上包含兩個(gè)算法：一個(gè)是密鑰調(diào)度算法（Key Scheduling Algorithm)，它 是將RC4加密密鑰（64位或128位）按一定算法與S-B0X中的初始狀態(tài)S{0,1，…，N-l) 運(yùn)算，得到新的置亂后的狀態(tài)序列。
[0005] 具體說(shuō)，這個(gè)算法的步驟是：
[0006] 1)建立一個(gè)1字節(jié)X 256的陣列，稱為S-B0X，先用0-255按順序依次填充S-B0X。 然后再建立一個(gè)1字節(jié)X 256的陣列，叫做Κ-Β0Χ，用RC4加密密鑰（64位或128位）順序 填充Κ-Β0Χ,密鑰用完后重復(fù)使用直到填滿為止。
[0007] 2)將S-B0X中的每個(gè)字節(jié)依次（從第1個(gè)字節(jié)開(kāi)始）與S-B0X中的另外一個(gè)字 節(jié)（該字節(jié)的地址由特定算法給出）互換，完成S-B0X的初始化。密鑰調(diào)度算法的偽代碼 描述如下，其中，S[i]是S-B0X中第i個(gè)單元的值，S[j]是S-B0X中第j個(gè)單元的值：
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種RC4流密碼生成器，其特征在于，包括K-b〇X模塊、S-b〇X模塊、j運(yùn)算單元、q運(yùn) 算單元、輸出控制邏輯模塊、主控制邏輯模塊； 所述K-box模塊，用于存儲(chǔ)M*N比特的原始密鑰，并在主控制邏輯模塊和S-box模塊作 用下將M*N比特的原始密鑰的各位按設(shè)定規(guī)則組合為F組一級(jí)秘鑰矢量，每一組一級(jí)秘鑰 矢量包括2N個(gè)N比特位寬的二級(jí)密鑰矢量，將各組一級(jí)秘鑰矢量及其二級(jí)密鑰矢量依序輸 出；N為正整數(shù)，Μ為大于等于2的整數(shù)并且M*N小等于256, F為正整數(shù)且F*2N大于等于 Μ ； 所述S-box模塊，包括2ν個(gè)寬度至少為Ν比特的寄存器，并根據(jù)j、q，計(jì)算更新所述2ν 個(gè)寄存器的值，并控制輸出S[i]到所述j運(yùn)算單元，輸出S[j]、S[q]到所述q運(yùn)算單元， 輸出S[q]到所述輸出控制邏輯模塊；S[i]表示S-box模塊的第i個(gè)寄存器中的N比特值， S [ j]表示S-box模塊的第j個(gè)寄存器中的N比特值，S [q]表示S-box模塊的第q個(gè)寄存器 中的N比特值； 所述j運(yùn)算單元，用于計(jì)算輸出對(duì)應(yīng)于sskey[f] [h]及S[i]的j，sskey[f] [h]為第 f組一級(jí)秘鑰矢量中的第h個(gè)N比特位寬的二級(jí)密鑰矢量；f為0到F-l的整數(shù)，h為0到 2Ν_1的整數(shù)； 所述q運(yùn)算單元，用于根據(jù)所述S-box模塊輸出的S [i]、S [ j]計(jì)算輸出q ; 所述輸出控制邏輯模塊，用于緩存所述S-box模塊輸出的對(duì)應(yīng)于一組一級(jí)秘鑰矢量的 2N個(gè)S[q]，并以第二時(shí)鐘將緩存的2N個(gè)S[q]作為對(duì)應(yīng)于該組一級(jí)秘鑰矢量的流密碼依序 輸出； 所述主控制邏輯模塊，用于根據(jù)外部控制信號(hào)，控制所述κ-box模塊、s-box模塊、輸出 控制邏輯模塊開(kāi)始或停止工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RC4流密碼生成器，其特征在于， 所述K-box模塊、S-box模塊、主控制邏輯模塊的工作時(shí)鐘為第一時(shí)鐘； 第二時(shí)鐘的周期大于等于第一時(shí)鐘的周期的5倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的RC4流密碼生成器，其特征在于， M*N比特的原始密鑰產(chǎn)生流密碼，按如下標(biāo)準(zhǔn)的RC4偽代碼規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算： 一·為f賦初值，f = 〇; 二.為S[i]賦初值，S[i] = i，i為0到2N-1的整數(shù)； 三·為i、j、h賦初值，i = 0, j = 0 ; 四· j = U+S[i]+sskey[f] [i]}mod 2N ; 五. 交換 S[i]、S[j]; 六. i自增1，如果i < 2N，進(jìn)行步驟四，否則進(jìn)行步驟七； 七·為 i、j、h 賦初值，i = 0, j = 0, h = 0 ; 八· i = (i+l)mod 2N ; 九· j = (j+S[i])mod 2N ; 十.交換 S[i]、S[j]; i^一 · q = (S[i]+S[j])mod 2N ; 十二· Z[f] [h] = S[q]; 十三.h自增1，如果h < 2N，進(jìn)行步驟八，否則進(jìn)行步驟十四； 十四.f自增1，如果f < F，進(jìn)行步驟二；否則結(jié)束。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的RC4流密碼生成器，其特征在于， Μ 為 16，N 為 2，F(xiàn) 為 8。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的RC4流密碼生成器，其特征在于， 所述S-box模塊，包括S-box寄存器、RC4處理邏輯單元、交換邏輯單元。 所述S-box寄存器，包括4個(gè)寬度為2比特的寄存器； 所述RC4處理邏輯單元，根據(jù)i、j、q值及加密控制信號(hào)、第一時(shí)鐘控制所述S-box寄存 器輸出相應(yīng)寄存器的值S[i]、S[j]、S[q]; 所述RC4處理邏輯單元，當(dāng)加密控制信號(hào)為二進(jìn)制0001到1000時(shí)工作，在加密控制信 號(hào)為二進(jìn)制1001時(shí)停止工作； 所述RC4處理邏輯單元，在開(kāi)始工作時(shí)，輸出二級(jí)密鑰矢量更新標(biāo)記為二進(jìn)制00,并且 每輸出一次S[q]使輸出的二級(jí)密鑰矢量更新標(biāo)記加1 ; 所述RC4處理邏輯單元，當(dāng)輸出的二級(jí)密鑰矢量更新標(biāo)記由二進(jìn)制11變?yōu)槎M(jìn)制00 后，輸出一個(gè)一級(jí)密鑰矢量更新信號(hào)； 所述交換邏輯單元，根據(jù)第一時(shí)鐘，將所述S-box寄存器的相應(yīng)寄存器輸出的值S [i]、 S[j]互換后寫入所述S-box寄存器的相應(yīng)寄存器； 所述K-box模塊，當(dāng)加密控制信號(hào)為二進(jìn)制0001到1000時(shí)，相應(yīng)控制輸出第0組一級(jí) 秘鑰矢量到第7組一級(jí)秘鑰矢量，當(dāng)二級(jí)密鑰矢量更新標(biāo)記加1時(shí)，相應(yīng)控制輸出當(dāng)前一組 一級(jí)秘鑰矢量中的下一個(gè)二級(jí)密鑰矢量； 所述輸出控制邏輯模塊，用于緩存所述S-box模塊輸出的對(duì)應(yīng)于一組一級(jí)秘鑰矢量的 4個(gè)S [q]，并以第二時(shí)鐘將緩存的4個(gè)S [q]作為對(duì)應(yīng)于該組一級(jí)秘鑰矢量的流密碼依序輸 出； 所述主控制邏輯模塊，根據(jù)第一時(shí)鐘、外部控制信號(hào)、一級(jí)密鑰矢量更新信號(hào)，產(chǎn)生加 密控制信號(hào)，控制所述κ-box模塊、s-box模塊、輸出控制邏輯模塊工作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5任一項(xiàng)所述的RC4流密碼生成器，其特征在于，所述設(shè)定規(guī)則， 為順序分組或間隔分組。
【文檔編號(hào)】H04L9/18GK104219045SQ201310217545
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月3日
【發(fā)明者】吳淼, 張釗鋒, 梅年松 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院