浅析Twofish加密算法的基本组件 | 夏冰加密软件技术博客
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浅析Twofish加密算法的基本组件

Twofish算法一般包括以下的基本组件:
(1)    Feistel Network。常被用来将一个函数(通常称为F函数)转换成一个排列,可用非线性函数来表式:

F:{o,1}n/2 X {0,1}m–>{0,1}n/2

Twofish采用的是一个16回合的Feistel Network,使用了一个双射F函数。F函数是一个与密钥相关64 bits的排列运算。它包含了三个部份:R0,R1和回合数r0R0经过函数g的运算后成为T0,R1先左旋8 bits后再经过函数g的运算后成为T1,接着T0,T1再经过PHT的组合运算后得到函数F的输出值F0,F1

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每一回合的核心F函数,均由两个g函数构成。函数g是整个Twofish最重要的部分,其输入X是32位的数据,分成4个字节,每一个字节运算时都有属于自己的S一boxes,运算完成后得到的结果再输入到一个4?4的MOS矩阵,可得到一个32位的输出结果Z0整个数学表示式如下:

X1=[X/28]mod28i=q,….,3

Y1=s1[x1]i=0,…,3

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其中MDS矩阵如下所示:

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(2)s-boxes。是一种非线性的置换运算,可以用表格来表示。不同的S-box可由随机的方式产生,或用特定的算法产生出来。S-box输入和输出个数,随分组密码算法的不同而有所不同。Twofish使用四个8×8位的S-boxes,是由两个固定的8×8位的置换,再加上密钥的数据所产生出来的。

(3)MDS矩阵。是一个作用在域上的线性映射,从一个包含a个元素的向量映射到有b个元素的向量,会产生一个含有a+b个元素的合成向量,而这个向量有一个性质就是:任何非零的向量它的非零元素个数至少有b+1个。换句话说,MDS通常表示成含有。axb个元素的矩阵型态,而Twofish本身就使用了一个作用在GF(28)上4 x4的MDS矩阵。

(4)PHT。PHT是一种可以快速执行的简单混合操作。假设给定两个输入a和b,则32位的PHT定义为:

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(5)whitening。是在第一个回合之前和最后一个回合之后,将密钥的数据和分组数据进行XOR的操作。

(6)Key shceduling。shceduling的作用是从源密钥产生k0,…,K39,共40个长度为4字节的扩展密钥以及4组相关的S-boxes。这些S-boxes由g函数使用。Twofish定义了128、192、256位三种源密钥长度,短于256位的输入密钥用O填充至就近长度。Key shceduling的基本流程如下:设k二N/64,则源密钥M可分成2k个32位的字,构成两个长度为k的字向量,

Me=(M0,M2,…,M2K-2),M0=(M1,M3,…,M2K-1)

第三个字向量S=(SK-1,,SK-2,…,S0)由下式确定:

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其中向量(m0,m1,…,m8k-1)的每个元素由源密钥的相邻8位组成,RS矩阵定义如下:

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Me、Mo、S就是产生扩展密钥的三个要素。K0,…,K39由下面的表达式确定:

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