CAST-128分组密码算法的密钥扩展过程详解
字数 730 2025-11-24 06:35:14

CAST-128分组密码算法的密钥扩展过程详解

我将为您详细讲解CAST-128分组密码算法的密钥扩展过程。CAST-128是一个64位分组密码算法，采用Feistel网络结构，支持40位到128位的可变密钥长度。

算法概述

CAST-128由Carlisle Adams和Stafford Tavares设计，采用16轮Feistel结构。其密钥扩展过程相对复杂，涉及三个不同的轮函数类型和复杂的密钥调度。

密钥扩展详细过程

1. 初始密钥准备

假设用户提供的密钥为K，长度为40-128位：

  • 如果密钥长度不足128位，在右侧补零至128位
  • 将128位密钥分成4个32位字：K = [K1, K2, K3, K4]

2. 密钥扩展数组初始化

算法需要生成48个32位轮密钥：

  • 24个掩码密钥（Km_i, i=1-24）
  • 24个子密钥（Kr_i, i=1-24）

3. 中间密钥生成

首先定义8个临时32位变量：

T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8

使用初始密钥进行初始化：

T1 = K1, T2 = K2, T3 = K3, T4 = K4
T5 = T6 = T7 = T8 = 0

4. 轮密钥计算过程

步骤1：第一轮密钥生成

for i in range(1, 17):  # 前16轮
    # 使用不同的轮函数类型
    if i in [1, 4, 7, 10, 13, 16]:
        # 类型1轮函数
        Km[i] = (T1 + T3 - C_i) <<< C_i
        Kr[i] = (T2 ^ T4) & 0x1F
    elif i in [2, 5, 8, 11, 14]:
        # 类型2轮函数  
        Km[i] = (T1 ^ T2) <<< T3
        Kr[i] = (T3 - T4) & 0x1F
    else:  # 类型3轮函数
        Km[i] = (T1 - T3 + C_i) <<< C_i
        Kr[i] = (T2 ^ T4) & 0x1F
    
    # 更新临时变量
    T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8 = 循环更新(T1-T8)

步骤2：第二轮密钥生成（17-24轮）

for i in range(17, 25):
    if i in [17, 20, 23]:
        # 类型1轮函数
        Km[i] = (T4 + T2 - C_i) <<< C_i
        Kr[i] = (T1 ^ T3) & 0x1F
    elif i in [18, 21, 24]:
        # 类型2轮函数
        Km[i] = (T4 ^ T1) <<< T2
        Kr[i] = (T2 - T3) & 0x1F
    else:  # 类型3轮函数
        Km[i] = (T4 - T2 + C_i) <<< C_i
        Kr[i] = (T1 ^ T3) & 0x1F
    
    # 更新临时变量
    T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8 = 循环更新(T1-T8)

5. 常量定义

CAST-128使用预定义的常量C_i：

C1 = 0x5A827999, C2 = 0x6ED9EBA1, C3 = 0x8F1BBCDC, C4 = 0xCA62C1D6
C5 = 0x5C4DD124, C6 = 0x6D703EF3, C7 = 0x7A6D76E9, C8 = 0x9D699B7B

6. 循环更新函数

临时变量的循环更新规则：

def 循环更新(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8):
    T_temp = T8
    T8 = T7
    T7 = T6  
    T6 = T5
    T5 = T4
    T4 = T3
    T3 = T2
    T2 = T1
    T1 = T_temp
    return T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8

密钥扩展特点

  1. 非线性性：通过异或、加减、循环移位等操作确保非线性
  2. 密钥相关：轮密钥完全依赖于原始密钥
  3. 抗相关攻击：复杂的调度过程防止轮密钥间的相关性
  4. 效率平衡：在安全性和计算效率间取得平衡

安全性考虑

CAST-128的密钥扩展设计能够抵抗：

  • 相关密钥攻击
  • 差分密码分析
  • 线性密码分析
  • 弱密钥攻击

这个过程确保了即使原始密钥只有40位，扩展后的轮密钥也具有足够的随机性和复杂性，为加密过程提供强大的安全性保障。

CAST-128分组密码算法的密钥扩展过程详解 我将为您详细讲解CAST-128分组密码算法的密钥扩展过程。CAST-128是一个64位分组密码算法，采用Feistel网络结构，支持40位到128位的可变密钥长度。 算法概述 CAST-128由Carlisle Adams和Stafford Tavares设计，采用16轮Feistel结构。其密钥扩展过程相对复杂，涉及三个不同的轮函数类型和复杂的密钥调度。 密钥扩展详细过程 1. 初始密钥准备 假设用户提供的密钥为K，长度为40-128位： 如果密钥长度不足128位，在右侧补零至128位 将128位密钥分成4个32位字：K = [ K1, K2, K3, K4 ] 2. 密钥扩展数组初始化 算法需要生成48个32位轮密钥： 24个掩码密钥（Km_ i, i=1-24） 24个子密钥（Kr_ i, i=1-24） 3. 中间密钥生成 首先定义8个临时32位变量： 使用初始密钥进行初始化： 4. 轮密钥计算过程 步骤1：第一轮密钥生成 步骤2：第二轮密钥生成（17-24轮） 5. 常量定义 CAST-128使用预定义的常量C_ i： 6. 循环更新函数 临时变量的循环更新规则： 密钥扩展特点 非线性性 ：通过异或、加减、循环移位等操作确保非线性 密钥相关 ：轮密钥完全依赖于原始密钥 抗相关攻击 ：复杂的调度过程防止轮密钥间的相关性 效率平衡 ：在安全性和计算效率间取得平衡 安全性考虑 CAST-128的密钥扩展设计能够抵抗： 相关密钥攻击 差分密码分析 线性密码分析 弱密钥攻击 这个过程确保了即使原始密钥只有40位，扩展后的轮密钥也具有足够的随机性和复杂性，为加密过程提供强大的安全性保障。