【CN109921899B】一种完全雪崩4×4的S盒实现方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201910310953.0(22)申请日 2019.04.18(65)同一申请的已公布的文献号
申请公布号 CN 109921899 A (43)申请公布日 2019.06.21
(73)专利权人 衡阳师范学院
地址 421002 湖南省衡阳市珠晖区衡花路
16号(72)发明人 李浪　刘景根　
(74)专利代理机构 长沙市融智专利事务所(普
通合伙) 43114
代理人 欧阳迪奇(51)Int.Cl.
H04L 9/06(2006.01)
(56)对比文件
CN 101938349 A ,2011.01.05,全文.CN 105681026 A ,2016.06.15,全文.CN 104333446 A ,2015.02.04,全文.Sakshi Dhall等.《Design of a New Block Cipher based on Conditional Encryption》.《2010 Seventh International Conference on Information Technology》.2010,全文.
meltem等.《on the design strategies of diffusion layers and key schedule in lightweight block cighers》.
《2nd international conference on computer science and engineering》.2017,全文.
审查员 郭珩
(54)发明名称
一种完全雪崩4×4的S盒实现方法(57)摘要
本发明公开了一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，x0、x1、x2、x3为S盒的输入，s0、s1、s2、s3为S盒的输出，包括两个部分：第一部分为非线性层，包含了Fa0、Fa1、Fa2、Fa3、Fb0、Fb1、Fb2和Fb3八个函数运算及4个异或操作；第二部分为扩散层，其包含了F0与F1两个函数运算及4个异或操作。

非线性层输出值y0、y1、y2和y3达到了最优，再通过扩散层的变换，输出完全雪崩值s0、s1、s2和s3，S盒的布尔函数代数次数为3，布尔函数代数项数分别为9、9、13和10。

本发明构造的S盒，具有完全雪崩效果，并且其他各项性能指标都较好，可以运用于轻量级分组密码算法当中，增强
其安全性。

权利要求书1页 说明书8页 附图2页
CN 109921899 B 2019.11.19
C N 109921899
B
权　利　要　求　书1/1页CN 109921899 B
1.一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将S盒的输入信息以4位的二进制数表示；
步骤二，执行非线性计算：每次选择4位二进制数4个数位上至少3个数，分别输入至两组分别包括4个函数的非线性计算函数组中并得到相应的函数运算结果，然后将两组结果两两异或运算，得到4个非线性计算结果；
步骤三，执行扩散计算：选择两个非线性计算结果输入至第一扩散函数，另两个输入至第二扩散函数，分别得到两个函数计算结果，然后将两个非线性计算结果与其中一个扩散计算结果进行异或计算，再将另两个非线性计算结果与另一个扩散计算结果进行异或计算，得到一共4个扩散计算结果；
步骤四，将4个扩散计算结果排列为4位的二进制数，得到进行完全雪崩4×4的S盒结果；
所述的步骤一中，以x0、x1、x2、x3作为拆分的4个子二进制数，其中x0为十六位二进制数的最高位，x3为最低位；
所述的步骤二中，两组非线性计算函数组中，一组为Fa0、Fa1、Fa2和Fb3函数，另一组为Fb0、Fb1、Fb2和Fb3函数，在进行函数运算时，将x0、x1、x3输入Fa0、Fa1、Fa2函数，将x0、x1、x2输入Fb0、Fa3函数，将x1、x2、x3输入Fb1函数，x0、x2、x3输入Fb2，将x0、x1、x2和x3输入Fb3函数，则Fa0、Fa1和Fa2函数分别对应输出L0、L1和L2，Fb0和Fa3函数分别输出R0和L3，Fb1、Fb2和Fb3函数分别输出R1、R2和R3；
所述的步骤二中，Fa0、Fa1、Fa2、Fa3、Fb0、Fb1、Fb2和Fb3八个函数运算过程如下：Fa0 (x0,x1,x3)＝x3&(x0|(x1^1))、Fb0(x0,x1,x2)＝(x0&x1)|x2、Fa1(x0,x1,x3)＝(x1&x3)| x0、Fb1(x1，x2，x3)＝x2&(x1|(x3^1))、Fa2(x0,x1,x3)＝(x0|(x3^1))&x1、Fb2(x0,x2,x3)＝x2&(x3|(x0^1))、Fa3(x0,x1,x2)＝x2&((x1^1)|x0)、Fb3(x0,x1,x2,x3)＝x3&(x2^1)& (x0^x1)；
所述的步骤二中，在进行异或运算时，将L0与R0、L1与R1、L2与R2、L3与R3对应进行异或运算，分别输出得到y0、y1、y2和y3；
所述的步骤三中，在进行函数计算时，将y0与y1输入第一扩散函数F0，y2与y3输入第二扩散函数F1，则F0输出为a，F1输出为b；
所述的步骤三中，F0与F1两个函数运算过程如下：F0(y0,y1)＝y0^y1^1与F1(y2,y3)＝y2^y3。

2.根据权利要求1所述的一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，其特征在于，所述的步骤三中，在进行异或计算时，将y2、y3分别与a进行异或运算，对应输出得到s2与s3，将y0、y1分别与b进行异或运算，对应输出得到s0与s1。

3.根据权利要求2所述的一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，其特征在于，所述的步骤四中，将s0、s1、s2、s3按照从高到低位排列组成一个4位的二进制数作为完全雪崩4×4的S 盒结果。

2。