实用文档之祖冲之序列密码算法(ZUC算法)
zuc序列密码算法
zuc序列密码算法摘要：1.ZUC 序列密码算法概述2.ZUC 序列密码算法的原理3.ZUC 序列密码算法的特点4.ZUC 序列密码算法的应用5.总结正文：1.ZUC 序列密码算法概述ZUC 序列密码算法是一种基于序列的密码算法，由我国密码学家王小云教授团队提出。
该算法全称为“ZUC（Zero-Unit-Cycle）序列密码算法”，具有较高的安全性和强大的抗攻击能力。
2.ZUC 序列密码算法的原理ZUC 序列密码算法基于零单元循环（Zero-Unit-Cycle）序列，其主要思想是在有限域上构造一种具有良好性质的序列，利用这种序列的周期性和性质来实现加密和解密。
ZUC 序列密码算法分为三个主要步骤：初始化、加密和解密。
（1）初始化：在加密双方约定一个密钥，该密钥是一个在有限域上的多项式。
双方根据密钥生成各自的零单元循环序列。
（2）加密：明文通过零单元循环序列进行混淆，得到密文。
（3）解密：密文通过零单元循环序列进行还原，得到明文。
3.ZUC 序列密码算法的特点（1）安全性高：ZUC 序列密码算法基于数学难题，具有较高的安全性。
（2）抗攻击能力强：ZUC 序列密码算法具有强大的抗攻击能力，可以有效防御各种攻击手段。
（3）性能优越：相较于其他序列密码算法，ZUC 序列密码算法在安全性和性能上具有优势。
4.ZUC 序列密码算法的应用ZUC 序列密码算法在我国得到了广泛的应用，如通信系统、电子商务等领域。
此外，ZUC 序列密码算法也成为了国际上密码学研究的热点之一。
5.总结ZUC 序列密码算法是一种具有较高安全性和抗攻击能力的密码算法。
在我国密码学研究领域取得了突破性进展，为保障信息安全提供了有力支持。
(完整word版)祖冲之序列密码算法(ZUC算法)
祖冲之序列密码算法第1部分：算法描述1范围本部分描述了祖冲之序列密码算法，可用于指导祖冲之算法相关产品的研制、检测和使用。
2术语和约定以下术语和约定适用于本部分。
2.1比特bit二进制字符0和1称之为比特。
2.2字节byte由8个比特组成的比特串称之为字节。
2.3字word由2个以上（包含2个）比特组成的比特串称之为字。
本部分主要使用31比特字和32比特字。
2.4字表示word representation本部分字默认采用十进制表示。
当字采用其它进制表示时，总是在字的表示之前或之后添加指示符。
例如，前缀0x指示该字采用十六进制表示，后缀下角标2指示该字采用二进制表示。
2.5高低位顺序bit ordering本部分规定字的最高位总是位于字表示中的最左边，最低位总是位于字表示中的最右边。
3符号和缩略语3.1运算符+ 算术加法运算mod 整数取余运算⨁按比特位逐位异或运算⊞模232加法运算‖字符串连接符∙H取字的最高16比特∙L取字的最低16比特<<<k 32比特字左循环移k位>>k 32比特字右移k位a b向量a赋值给向量b，即按分量逐分量赋值3.2符号下列符号适用于本部分：s0,s1,s2,…,s15线性反馈移位寄存器的16个31比特寄存器单元变量X0,X1,X2,X3比特重组输出的4个32比特字R1, R2非线性函数F的2个32比特记忆单元变量W非线性函数F输出的32比特字Z算法每拍输出的32比特密钥字k初始种子密钥iv初始向量D用于算法初始化的字符串常量3.3缩略语下列缩略语适用于本部分：ZUC 祖冲之序列密码算法或祖冲之算法LFSR 线性反馈移位寄存器BR 比特重组F 非线性函数4算法描述4.1算法整体结构祖冲之算法逻辑上分为上中下三层，见图1。
上层是16级线性反馈移位寄存器（LFSR）；中层是比特重组（BR）；下层是非线性函数F。
图 1 祖冲之算法结构图4.2线性反馈移位寄存器LFSR4.2.1 概述LFSR包括16个31比特寄存器单元变量s0, s1, …, s15。
ZUC算法原理及实现过程
ZUC 算法原理及实现过程1.1 算法设计背景ZUC 算法，即祖冲之算法，是3GPP 机密性算法EEA3和完整性算法EIA3的核心，为中国自主设计的流密码算法。
2009年5月ZUC 算法获得3GPP 安全算法组SA 立项，正式申请参加3GPPLTE 第三套机密性和完整性算法标准的竞选工作。
历时两年多的时间，ZUC 算法经过评估，于2011年9月正式被3GPPSA 全会通过，成为3GPPLTE 第三套加密标准核心算法。
ZUC 算法是中国第一个成为国际密码标准的密码算法。
1.2 算法原理ZUC 是一个面向字的流密码。
它采用128位的初始密钥作为输入和一个128位的初始向量（IV ），并输出关于字的密钥流（从而每32位被称为一个密钥字）。
密钥流可用于对信息进行加密/解密。
ZUC 的执行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。
在第一阶段，密钥和初始向量进行初始化，即不产生输出。
第二个阶段是工作阶段，在这个阶段，每一个时钟脉冲产生一个32比特的密钥输出。
（1）运算符说明mod整数模 ⊕整数比特异或 a b 字符串a 和b 的连接H aa 二进制表示的最左16位值 L aa 二进制表示的最右16位值 n a k <<< a 向左k 比特的循环移位1a >>a 向右1比特的移位 ()()1212,,,,,,n n a a ab b b → i a 值分配到对应i b 的值（2）算法结构ZUC 有三个逻辑层，见下图。
顶层为一个线性反馈移位寄存器（LFSR ）的16个赛段，中间层是比特重组（BR ），最下层为一个非线性函数F 。
图1 ZUC 的整体结构图(3) 线性移位反馈寄存器（LFSR ）LFSR 具有16个31比特的单元()0115,,,s s s ，每个单元()015i s i ≤≤取值均在下面的集合中：{}311,2,3,21-LFSR 有两种模式的操作，即初始化模式和工作模式。
祖冲之序列密码算法(ZUC算法)
祖冲之序列密码算法第1部分：算法描述1范围本部分描述了祖冲之序列密码算法，可用于指导祖冲之算法相关产品的研制、检测和使用。
2术语和约定以下术语和约定适用于本部分。
2.1比特bit二进制字符0和1称之为比特。
2.2字节byte由8个比特组成的比特串称之为字节。
2.3字word由2个以上（包含2个）比特组成的比特串称之为字。
本部分主要使用31比特字和32比特字。
2.4字表示word representation本部分字默认采用十进制表示。
当字采用其它进制表示时，总是在字的表示之前或之后添加指示符。
例如，前缀0x指示该字采用十六进制表示，后缀下角标2指示该字采用二进制表示。
2.5高低位顺序bit ordering本部分规定字的最高位总是位于字表示中的最左边，最低位总是位于字表示中的最右边。
3符号和缩略语3.1运算符+ 算术加法运算mod 整数取余运算⨁按比特位逐位异或运算⊞模232加法运算‖字符串连接符∙H取字的最高16比特∙L取字的最低16比特<<<k 32比特字左循环移k位>>k 32比特字右移k位a b向量a赋值给向量b，即按分量逐分量赋值3.2符号下列符号适用于本部分：s0,s1,s2,…,s15线性反馈移位寄存器的16个31比特寄存器单元变量X0,X1,X2,X3比特重组输出的4个32比特字R1, R2非线性函数F的2个32比特记忆单元变量W非线性函数F输出的32比特字Z算法每拍输出的32比特密钥字k初始种子密钥iv初始向量D用于算法初始化的字符串常量3.3缩略语下列缩略语适用于本部分：ZUC 祖冲之序列密码算法或祖冲之算法LFSR 线性反馈移位寄存器BR 比特重组F 非线性函数4算法描述4.1算法整体结构祖冲之算法逻辑上分为上中下三层，见图1。
上层是16级线性反馈移位寄存器（LFSR）；中层是比特重组（BR）；下层是非线性函数F。
图 1 祖冲之算法结构图4.2线性反馈移位寄存器LFSR4.2.1 概述LFSR包括16个31比特寄存器单元变量s0, s1, …, s15。
密码学-ZUC算法介绍
ZUC算法介绍摘要：ZUC算法是一种流密码算法，中文称作祖冲之算法，其以中国古代著名数学家祖冲之的拼音(ZU Chongzhi)首字母命名。
是移动通信 3GPP加密算法128-EEA3和完整性算法128-EIA3的核心，也是中国自主设计的加密算法。
本文介绍了ZUC算法及其结构、原理以及安全性。
关键词：ZUC，流密码，加密算法，安全性2009年5月，ZUC算法获得了3GPP安全算法组SA立项，正式申请参加3GPP-LTE第三套机密性和完整性算法标准的竞选工作[1]。
经历了两年多的时间，ZUC 算法经3个阶段的安全评估工作后，于2011年9月正式被通过，成为第三套3GPP-LTE加密标准核心算法。
ZUC算法设计具有高安全、高效率以及新颖性等特点。
由3个基本部分组成：1、线性反馈移位寄存器(LFSR)；2、比特重组；3、非线性函数NLF。
ZUC算法在逻辑上采用三层结构设计。
上层为定义在素域GF(231- 1)上的线性反馈移位寄存器(LFSR)[2]。
中间层为比特重组。
比特重组采用取半合并技术，实现LFSR数据单元到非线性函数F和密钥输出的数据转换，其主要目的是破坏LFSR在素域上GF(231 - 1)上的线性结构。
下层为非线性函数NLF。
在非线性函数NLF的设计上，算法设计充分借鉴了分组密码的设计技巧，采用S盒和高扩散特性的线性变换L，非线性函数NLF具有高的抵抗区分分析、快速相关攻击和猜测确定攻击等方法的能力。
图1 ZUC算法结构ZUC是一种面向字的流密码。
其内部架构由分别对应于LFSR，BR（比特重组）和NLF （非线性函数）的三层组成。
LFSR层由每个31位（S0，S1，...，S15）的16级寄存器形成。
BR层由LFSR层的8个级寄存器（S15，S14，S11，S9，S7，S5，S2，S0）填充的四个32位寄存器（X0，X1，X2，X3）形成。
除了两个各自为31位的内部寄存器（R1，R2）之外，BR输出还用作NLF层的输入[3]。
zuc算法原理
zuc算法原理
ZUC（祖冲之算法）是一种加密算法，主要用于无线通信和网络安全领域。
它是由我国科学家研发的一种对称加密算法，其命名来源于中国古代数学家祖冲之。
ZUC算法的原理主要包括以下几个方面：
1.分组：ZUC算法采用64位分组大小，将明文或密文分成若干个64位分组。
2.初始化：在加密和解密过程中，需要使用一个初始化向量（IV）。
IV的作用是确保每个加密过程都是唯一的，从而提高安全性。
3.循环移位：ZUC算法采用一种循环移位操作，对64位分组进行处理。
循环移位次数根据密钥长度来确定。
4.混淆：ZUC算法利用多个混淆函数，将原始分组与循环移位后的分组进行混合，从而实现加密效果。
5.扩散：在混淆过程中，ZUC算法通过特定的扩散操作，将明文或密文的特征扩散到整个加密过程中，提高加密强度。
6.输出：经过上述步骤后，加密器将输出加密后的密文。
同样，解密器根据相同的算法和密钥还原原始明文。
ZUC算法在无线通信和网络安全领域具有广泛应用，因其具有较高的安全性和效率。
它已成为我国无线通信标准的一部分，并在国内外得到广泛认可。
ZUC算法原理及实现过程
Z U C 算法原理及实现过程1.1算法设计背景ZUC 算法，即祖冲之算法，是3GPP 机密性算法EEA3和完整性算法EIA3的核心，为中国自主设计的流密码算法。
2009年5月ZUC 算法获得3GPP 安全算法组SA 立项，正式申请参加3GPPLTE 第三套机密性和完整性算法标准的竞选工作。
历时两年多的时间，ZUC 算法经过评估，于2011年9月正式被3GPPSA 全会通过，成为3GPPLTE 第三套加密标准核心算法。
ZUC 算法是中国第一个成为国际密码标准的密码算法。
1.2算法原理ZUC 是一个面向字的流密码。
它采用128位的初始密钥作为输入和一个128位的初始向量（IV ），并输出关于字的密钥流（从而每32位被称为一个密钥字）。
密钥流可用于对信息进行加密/解密。
ZUC 的执行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。
在第一阶段，密钥和初始向量进行初始化，即不产生输出。
第二个阶段是工作阶段，在这个阶段，每一个时钟脉冲产生一个32比特的密钥输出。
（1）运算符说明mod整数模 ⊕整数比特异或 a b 字符串a 和b 的连接 H aa 二进制表示的最左16位值 L aa 二进制表示的最右16位值 n a k <<<a 向左k 比特的循环移位 1a >> a 向右1比特的移位()()1212,,,,,,n n a a a b b b →i a 值分配到对应i b 的值（2）算法结构ZUC 有三个逻辑层，见下图。
顶层为一个线性反馈移位寄存器（LFSR ）的16个赛段，中间层是比特重组（BR ），最下层为一个非线性函数F 。
图1ZUC 的整体结构图(3)线性移位反馈寄存器（LFSR ）LFSR 具有16个31比特的单元()0115,,,s s s ，每个单元()015i s i ≤≤取值均在下面的集合中： LFSR 有两种模式的操作，即初始化模式和工作模式。
在初始化模式中，LFSR 接收一个31比特的输入u ，u 是删除非线性函数F 的32位输出W 最右边的位得到的。
zuc 序列密码算法
zuc 序列密码算法
ZUC序列密码算法是一种基于序列密码原理的加密算法。
这种算法将明文分成长度相等的序列，然后对这些序列进行加密。
它使用一组伪随机序列对明文进行加密，这些序列是由一系列随机数生成器生成的。
在加密过程中，每个序列都会与明文序列进行异或操作，从而得到密文。
由于每个序列都是随机生成的，因此密文具有较高的安全性和复杂性。
ZUC算法是我国学者自主设计的加密和完整性算法，属于同步序列密码。
2011年，ZUC算法被批准成为新一代宽带无线移动通信系统（LTE）国际标准，即4G的国际标准。
ZUC算法在逻辑上分为上中下三层，上层是16级线性反馈移位寄存器（LFSR），中层是比特重组（BR），下层是非线性函数F。
输出为素域GF上的m序列，具有良好的随机性。
如需更多信息，建议咨询密码学专家或查阅相关文献资料。
祖冲之算法——精选推荐
祖冲之算法祖冲之密码算法祖冲之密码算法由中国科学院等单位研制，名字源于我国古代数学家祖冲之，它包括加密算法128-EEA3和完整性保护算法128-EIA3。
祖冲之密码算法（ZUC）的名字源于我国古代数学家祖冲之，祖冲之算法集是由我国学者⾃主设计的加密和完整性算法，是⼀种流密码。
它是两个新的LTE算法的核⼼，这两个LTE算法分别是加密算法128-EEA3和完整性算法128-EIA3。
ZUC算法由3个基本部分组成，依次为:1、⽐特重组；2、⾮线性函数F；3、线性反馈移位寄存器(LFSR)。
3GPP Confidentiality and Integrity Algorithms 128-EEA3 & 128-EIA3July 2011: ** NEW ** Prospective FINAL VERSIONS of the Algorithms 128-EEA3 & 128-EIA3 are now available for download. The algorithms themselves are identical to the ones published in January 2011, although some text in the documents has changed slightly. The documents have been submitted to the 3GPP Security Group, which will decide whether they can be recommended for inclusion in the LTE standards. The documents have not yet been through final 3GPP approval, hence they are still preliminary draft algorithm specifications, provided for evaluation purposes only, and potentially subject to change.January 2011: ** NEW ** REVISED VERSIONS of the Algorithms 128-EEA3 & 128-EIA3 are available for download prior to approval and publication of a final version by 3GPP. These revised versions were published in January 2011. They are still preliminary draft algorithm specifications, provided for evaluation purposes only, and subject to change.Individuals or companies intending to implement and/or use the 128-EEA3 & 128-EIA3 Algorithms will be required to sign appropriate usage undertakings with an appointed custodian, such as the GSM Association. Commercial implementors of the algorithms will need to demonstrate that they satisfy approval criteria yet to be specified and formal permission to use the algorithms will need to be obtained by way of signing appropriate usage undertakings and intellectual property agreements and paying any relevant administrative charges. These arrangements will be published by the GSM Association in due course.The draft specifications are as follows:Please note, that by obtaining or distributing this algorithm you may also be bound by laws in your own country about cryptographic algorithms. It is your responsibility to conform to all these restrictions.。
祖冲之算法
祖冲之密码算法祖冲之密码算法由中国科学院等单位研制，名字源于我国古代数学家祖冲之，它包括加密算法128-EEA3和完整性保护算法128-EIA3。
祖冲之密码算法（ZUC）的名字源于我国古代数学家祖冲之，祖冲之算法集是由我国学者自主设计的加密和完整性算法，是一种流密码。
它是两个新的LTE算法的核心，这两个LTE算法分别是加密算法128-EEA3和完整性算法128-EIA3。
ZUC算法由3个基本部分组成，依次为:1、比特重组；2、非线性函数F；3、线性反馈移位寄存器(LFSR)。
3GPP Confidentiality and Integrity Algorithms 128-EEA3 & 128-EIA3July 2011: ** NEW ** Prospective FINAL VERSIONS of the Algorithms 128-EEA3 & 128-EIA3 are now available for download. The algorithms themselves are identical to the ones published in January 2011, although some text in the documents has changed slightly. The documents have been submitted to the 3GPP Security Group, which will decide whether they can be recommended for inclusion in the LTE standards. The documents have not yet been through final 3GPP approval, hence they are still preliminary draft algorithm specifications, provided for evaluation purposes only, and potentially subject to change.January 2011: ** NEW ** REVISED VERSIONS of the Algorithms 128-EEA3 & 128-EIA3 are available for download prior to approval and publication of a final version by 3GPP. These revised versions were published in January 2011. They are still preliminary draft algorithm specifications, provided for evaluation purposes only, and subject to change.Individuals or companies intending to implement and/or use the 128-EEA3 & 128-EIA3 Algorithms will be required to sign appropriate usage undertakings with an appointed custodian, such as the GSM Association. Commercial implementors of the algorithms will need to demonstrate that they satisfy approval criteria yet to be specified and formal permission to use the algorithms will need to be obtained by way of signing appropriate usage undertakings and intellectual property agreements and paying any relevant administrative charges. These arrangements will be published by the GSM Association in due course.The draft specifications are as follows:Please note, that by obtaining or distributing this algorithm you may also be bound by laws in your own country about cryptographic algorithms. It is your responsibility to conform to all these restrictions.。
ZUC算法原理及实现过程
ZUC 算法原理及实现过程1.1 算法设计背景ZUC 算法，即祖冲之算法，是3GPP 机密性算法EEA3和完整性算法EIA3的核心，为中国自主设计的流密码算法。
2009年5月ZUC 算法获得3GPP 安全算法组SA 立项，正式申请参加3GPPLTE 第三套机密性和完整性算法标准的竞选工作。
历时两年多的时间，ZUC 算法经过评估，于2011年9月正式被3GPPSA 全会通过，成为3GPPLTE 第三套加密标准核心算法。
ZUC 算法是中国第一个成为国际密码标准的密码算法。
1.2 算法原理ZUC 是一个面向字的流密码。
它采用128位的初始密钥作为输入和一个128位的初始向量（IV ），并输出关于字的密钥流（从而每32位被称为一个密钥字）。
密钥流可用于对信息进行加密/解密。
ZUC 的执行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。
在第一阶段，密钥和初始向量进行初始化，即不产生输出。
第二个阶段是工作阶段，在这个阶段，每一个时钟脉冲产生一个32比特的密钥输出。
（1）运算符说明mod整数模 ⊕整数比特异或 a b 字符串a 和b 的连接H aa 二进制表示的最左16位值 L aa 二进制表示的最右16位值 n a k <<< a 向左k 比特的循环移位1a >>a 向右1比特的移位 ()()1212,,,,,,n n a a ab b b → i a 值分配到对应i b 的值（2）算法结构ZUC 有三个逻辑层，见下图。
顶层为一个线性反馈移位寄存器（LFSR ）的16个赛段，中间层是比特重组（BR ），最下层为一个非线性函数F 。
图1 ZUC 的整体结构图(3) 线性移位反馈寄存器（LFSR ）LFSR 具有16个31比特的单元()0115,,,s s s ，每个单元()015i s i ≤≤取值均在下面的集合中：{}311,2,3,21-LFSR 有两种模式的操作，即初始化模式和工作模式。
ZUC算法原理及实现过程
ZUC 算法原理及实现过程1.1 算法设计背景ZUC 算法，即祖冲之算法，是3GPP 机密性算法EEA3和完整性算法EIA3的核心，为中国自主设计的流密码算法。
2009年5月ZUC 算法获得3GPP 安全算法组SA 立项，正式申请参加3GPPLTE 第三套机密性和完整性算法标准的竞选工作。
历时两年多的时间，ZUC 算法经过评估，于2011年9月正式被3GPPSA 全会通过，成为3GPPLTE 第三套加密标准核心算法。
ZUC 算法是中国第一个成为国际密码标准的密码算法。
1.2 算法原理ZUC 是一个面向字的流密码。
它采用128位的初始密钥作为输入和一个128位的初始向量（IV ），并输出关于字的密钥流（从而每32位被称为一个密钥字）。
密钥流可用于对信息进行加密/解密。
ZUC 的执行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。
在第一阶段，密钥和初始向量进行初始化，即不产生输出。
第二个阶段是工作阶段，在这个阶段，每一个时钟脉冲产生一个32比特的密钥输出。
（1）运算符说明mod整数模 ⊕整数比特异或 a b 字符串a 和b 的连接H aa 二进制表示的最左16位值 L aa 二进制表示的最右16位值 n a k <<< a 向左k 比特的循环移位1a >>a 向右1比特的移位 ()()1212,,,,,,n n a a ab b b → i a 值分配到对应i b 的值（2）算法结构ZUC 有三个逻辑层，见下图。
顶层为一个线性反馈移位寄存器（LFSR ）的16个赛段，中间层是比特重组（BR ），最下层为一个非线性函数F 。
图1 ZUC 的整体结构图(3) 线性移位反馈寄存器（LFSR ）LFSR 具有16个31比特的单元()0115,,,s s s ，每个单元()015i s i ≤≤取值均在下面的集合中：{}311,2,3,21-LFSR 有两种模式的操作，即初始化模式和工作模式。
ZUC算法原理及实现过程
ZUC 算法原理及实现过程1.1 算法设计背景ZUC 算法，即祖冲之算法，是3GPP 机密性算法EEA3和完整性算法EIA3的核心，为中国自主设计的流密码算法。
2009年5月ZUC 算法获得3GPP 安全算法组SA 立项，正式申请参加3GPPLTE 第三套机密性和完整性算法标准的竞选工作。
历时两年多的时间，ZUC 算法经过评估，于2011年9月正式被3GPPSA 全会通过，成为3GPPLTE 第三套加密标准核心算法。
ZUC 算法是中国第一个成为国际密码标准的密码算法。
1.2 算法原理ZUC 是一个面向字的流密码。
它采用128位的初始密钥作为输入和一个128位的初始向量（IV ），并输出关于字的密钥流（从而每32位被称为一个密钥字）。
密钥流可用于对信息进行加密/解密。
ZUC 的执行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。
在第一阶段，密钥和初始向量进行初始化，即不产生输出。
第二个阶段是工作阶段，在这个阶段，每一个时钟脉冲产生一个32比特的密钥输出。
（1）运算符说明mod整数模 ⊕整数比特异或 a b 字符串a 和b 的连接H aa 二进制表示的最左16位值 L aa 二进制表示的最右16位值 n a k <<< a 向左k 比特的循环移位1a >>a 向右1比特的移位 ()()1212,,,,,,n n a a ab b b → i a 值分配到对应i b 的值（2）算法结构ZUC 有三个逻辑层，见下图。
顶层为一个线性反馈移位寄存器（LFSR ）的16个赛段，中间层是比特重组（BR ），最下层为一个非线性函数F 。
图1 ZUC 的整体结构图(3) 线性移位反馈寄存器（LFSR ）LFSR 具有16个31比特的单元()0115,,,s s s ，每个单元()015i s i ≤≤取值均在下面的集合中：{}311,2,3,21-LFSR 有两种模式的操作，即初始化模式和工作模式。
我国在zuc序列密码算法
我国在zuc序列密码算法
ZUC（祖冲之）序列密码算法是我国自主研发的一种序列密码算法，该算法主要用于数据的机密性和完整性保护，是实现网络空间安全的基础算法和核心技术。
ZUC算法已成为国际标准ISO/IEC 29189：2017，标志着我国在密码算法领域取得了重要突破。
ZUC算法主要由LFSR（线性反馈移位寄存器）、BR（比特重组）和F （非线性函数）三部分组成。
输入为128位长的密钥和128位长的初始化向量，输出为(n, n)，其中n为节拍数（轮数）。
在ZUC算法的实现过程中，首先进行初始化阶段，然后进行多轮迭代，每轮迭代包括以下步骤：
1. 线性反馈移位寄存器（LFSR）操作：根据初始化向量和密钥进行LFSR操作，生成新的状态。
2. 比特重组（BR）操作：将LFSR生成的状态进行比特重组，得到新的数据。
3. 非线性函数（F）操作：将BR操作得到的新数据作为输入，经过非线性函数F处理，生成输出。
4. 输出：经过一定的轮数迭代后，ZUC算法输出一系列32位长的字串，用于加密和解密数据。
ZUC算法在我国商用密码体系中具有重要地位，广泛应用于移动通信、物联网、安全认证等领域。
其成为国际标准，不仅提升了我国在全球密码算法领域的地位，也为全球网络安全提供了更为可靠的技术保障。
ZUC算法原理及实现过程
ZUC算法原理及实现过程ZUC 算法原理及实现过程1.1 算法设计背景ZUC 算法，即祖冲之算法，是3GPP 机密性算法EEA3和完整性算法EIA3的核⼼，为中国⾃主设计的流密码算法。
2009年5⽉ZUC 算法获得3GPP 安全算法组SA ⽴项，正式申请参加3GPPLTE 第三套机密性和完整性算法标准的竞选⼯作。
历时两年多的时间，ZUC 算法经过评估，于2011年9⽉正式被3GPPSA 全会通过，成为3GPPLTE 第三套加密标准核⼼算法。
ZUC 算法是中国第⼀个成为国际密码标准的密码算法。
1.2 算法原理ZUC 是⼀个⾯向字的流密码。
它采⽤128位的初始密钥作为输⼊和⼀个128位的初始向量（IV ），并输出关于字的密钥流（从⽽每32位被称为⼀个密钥字）。
密钥流可⽤于对信息进⾏加密/解密。
ZUC 的执⾏分为两个阶段：初始化阶段和⼯作阶段。
在第⼀阶段，密钥和初始向量进⾏初始化，即不产⽣输出。
第⼆个阶段是⼯作阶段，在这个阶段，每⼀个时钟脉冲产⽣⼀个32⽐特的密钥输出。
（1）运算符说明mod整数模⊕整数⽐特异或 a b P 字符串a 和b 的连接H aa ⼆进制表⽰的最左16位值 L aa ⼆进制表⽰的最右16位值 n a k <<<a 向左k ⽐特的循环移位 1a >>a 向右1⽐特的移位 ()()1212,,,,,,n n a a ab b b →L L i a 值分配到对应i b 的值（2）算法结构ZUC 有三个逻辑层，见下图。
顶层为⼀个线性反馈移位寄存器（LFSR ）的16个赛段，中间层是⽐特重组（BR ），最下层为⼀个⾮线性函数F 。
图1 ZUC 的整体结构图(3) 线性移位反馈寄存器（LFSR ）LFSR 具有16个31⽐特的单元()0115,,,s s s L ，每个单元()015i s i ≤≤取值均在下⾯的集合中：{}311,2,3,21-LLFSR 有两种模式的操作，即初始化模式和⼯作模式。
《祖冲之序列密码算法-第1部分算法描述》(报批稿)
《祖冲之序列密码算法-第1部分：算法描述》（报批稿）编制说明一、任务来源、协作单位及标准主要起草人2011年9月由我国独立自主设计的祖冲之序列密码算法(ZUC)被3GPP选为LTE国际加密标准。
这是我国在商用密码设计领域和国际商用密码标准化领域的一次重大突破。
为指导国内企业在LTE通信中正确研发使用祖冲之算法的相关设备，国家密码管理局组织了《祖冲之序列密码算法》国家标准的编制工作。
为完成本标准的编制工作，在国家密码管理局的组织下，中国科学院软件研究所、中国科学院数据与通信保护研究教育中心组成联合编制课题组，课题组组长冯登国，成员林东岱、冯秀涛、周春芳、刘辛越，共同开展该标准的研究制定工作。
二、主要工作过程1.初稿编写祖冲之序列密码算法国家标准文档的编制与以往标准文档的编制具有明显的不同之处，即：其先有完善的国际标准规范，后依据国际标准规范制定国家标准。
因而在内容上国家标准需与国际标准规范保持一致性。
祖冲之序列密码算法国家标准文档的原始稿件是将祖冲之序列密码算法国际标准规范文档1和2直接中文翻译形成。
在完成初始稿件的翻译之后，经过小组内部讨论，决定按照国内用户的习惯，将规范文档分为3个部分，每个部分分别描述一个算法。
此外，为了方便用户使用标准文档，决定将每个算法的测试向量附录在该算法对应的文档的最后。
于是形成了祖冲之序列密码算法国家标准文档的初稿。
2.征求意见稿编写2011年11月~2013年10月，祖冲之序列密码算法工作组对初稿进行不断修改和补充，并广泛征询国家密码管理局和业内专家的意见，在形成一致共识的基础上整理完成了《祖冲之序列密码算法-第1部分：算法描述》国家标准的征求意见稿。
3.送审稿编写2013年10月~2013年12月间向国密局的专家以及其他8个部门的专家进行了广泛意见征集，对征求意见搞在格式、缩略语、技术内容、字体等多个方面问题进行了修改，整理完成了《祖冲之序列密码算法-第1部分：算法描述》国家标准送审稿。
ZUC算法原理及实现过程
ZUC 算法原理及实现过程1.1 算法设计背景ZUC 算法，即祖冲之算法，是3GPP 机密性算法EEA3和完整性算法EIA3的核心，为中国自主设计的流密码算法。
2009年5月ZUC 算法获得3GPP 安全算法组SA 立项，正式申请参加3GPPLTE 第三套机密性和完整性算法标准的竞选工作。
历时两年多的时间,ZUC 算法经过评估，于2011年9月正式被3GPPSA 全会通过,成为3GPPLTE 第三套加密标准核心算法。
ZUC 算法是中国第一个成为国际密码标准的密码算法.1。
2 算法原理ZUC 是一个面向字的流密码.它采用128位的初始密钥作为输入和一个128位的初始向量（IV ），并输出关于字的密钥流（从而每32位被称为一个密钥字）.密钥流可用于对信息进行加密/解密。
ZUC 的执行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。
在第一阶段，密钥和初始向量进行初始化,即不产生输出。
第二个阶段是工作阶段,在这个阶段，每一个时钟脉冲产生一个32比特的密钥输出。
(1）运算符说明mod 整数模⊕整数比特异或a b 字符串a 和b 的连接H a a 二进制表示的最左16位值L a a 二进制表示的最右16位值n a k <<<a 向左k 比特的循环移位1a >>a 向右1比特的移位()()1212,,,,,,n n a a a b b b →i a 值分配到对应i b 的值(2）算法结构ZUC 有三个逻辑层,见下图。
顶层为一个线性反馈移位寄存器(LFSR )的16个赛段，中间层是比特重组(BR ），最下层为一个非线性函数F 。
图1 ZUC 的整体结构图（3) 线性移位反馈寄存器（LFSR ）LFSR 具有16个31比特的单元()0115,,,s s s ,每个单元()015i s i ≤≤取值均在下面的集合中：{}311,2,3,21-LFSR 有两种模式的操作，即初始化模式和工作模式。
在初始化模式中，LFSR 接收一个31比特的输入u ,u 是删除非线性函数F 的32位输出W 最右边的位得到的.也就是说,可将初始化模式工作原理表示为：LFSRWithInitialisationMode （u ）｛1、()()1517212083115131040222212mod 21v s s s s s =+++++-;2、()()3116mod 21s v u =+-；3、如果160s =，则设311621s =-;4、()()12160115,,,,,,s s s s s s →}在工作模式中,LFSR 不接收任何输入，它的工作原理表示为:LFSRWithWorkMode （）{1、()()151721208311615131040222212mod 21s s s s s s =+++++-;2、如果160s =，则设311621s =-；3、()()12160115,,,,,,s s s s s s →；｝（4） 比特重组ZUC 算法的中间层是比特重组，从LFSR 的单元中提取128比特的输出并形成4个32比特的字，前三个字将用于最底层的非线性F 函数中，而最后一个字会在密钥流的产生中用到.令025********,,,,,,,s s s s s s s s 是LFSR 中的8个单元，则形成4个32比特字0123,,,X X X X 的比特重组过程如下：Bitreorganization （）{1、01514H L X s s =；2、1119L H X s s =；3、275L H X s s =；4、320L H X s s =｝(5)非线性函数F非线性函数F 有2个32位的存储单元，即1R 和2R 。
ZUC算法原理及实现过程
ZUC 算法原理及实现过程1。
1 算法设计背景ZUC 算法，即祖冲之算法，是3GPP 机密性算法EEA3和完整性算法EIA3的核心，为中国自主设计的流密码算法。
2009年5月ZUC 算法获得3GPP 安全算法组SA 立项，正式申请参加3GPPLTE 第三套机密性和完整性算法标准的竞选工作。
历时两年多的时间,ZUC 算法经过评估，于2011年9月正式被3GPPSA 全会通过,成为3GPPLTE 第三套加密标准核心算法.ZUC 算法是中国第一个成为国际密码标准的密码算法。
1.2 算法原理ZUC 是一个面向字的流密码。
它采用128位的初始密钥作为输入和一个128位的初始向量（IV)，并输出关于字的密钥流(从而每32位被称为一个密钥字）。
密钥流可用于对信息进行加密/解密。
ZUC 的执行分为两个阶段：初始化阶段和工作阶段。
在第一阶段,密钥和初始向量进行初始化，即不产生输出。
第二个阶段是工作阶段，在这个阶段，每一个时钟脉冲产生一个32比特的密钥输出。
（1）运算符说明mod 整数模⊕整数比特异或a b 字符串a 和b 的连接H a a 二进制表示的最左16位值L a a 二进制表示的最右16位值n a k <<<a 向左k 比特的循环移位1a >>a 向右1比特的移位()()1212,,,,,,n n a a a b b b →i a 值分配到对应i b 的值（2）算法结构ZUC 有三个逻辑层，见下图。
顶层为一个线性反馈移位寄存器（LFSR ）的16个赛段，中间层是比特重组（BR ),最下层为一个非线性函数F .图1 ZUC 的整体结构图(3) 线性移位反馈寄存器（LFSR ）LFSR 具有16个31比特的单元()0115,,,s s s ，每个单元()015i s i ≤≤取值均在下面的集合中：{}311,2,3,21-LFSR 有两种模式的操作，即初始化模式和工作模式。
在初始化模式中，LFSR 接收一个31比特的输入u ，u 是删除非线性函数F 的32位输出W 最右边的位得到的。
祖冲之的算法
祖冲之的算法
祖冲之算法集（ZUC算法）是由我国学者自主设计的加密和完整性算法，包括祖冲之算法、加密算法128-EEA3和完整性算法128-EIA3，已经被国际组织3GPP 推荐为4G无线通信的第三套国际加密和完整性标准的候选算法。
由中国科学院信息工程研究所信息安全国家重点实验室和中国科学院数据与通信保护研究教育中心（DCS中心）联合主办的《第一届祖冲之算法国际研讨会》于2010年12月2至3在北京召开。
本次国际研讨会对于加强祖冲之算法研究分析成果的国内和国际交流，扩大祖冲之算法的公开评估范围，加强祖冲之算法的安全性评估力度，进而推进祖冲之算法4G通信国际加密标准的进度具有重要的现实意义。
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实用文档之"祖冲之序列密码算法"第1部分：算法描述1范围本部分描述了祖冲之序列密码算法，可用于指导祖冲之算法相关产品的研制、检测和使用。
2术语和约定以下术语和约定适用于本部分。
2.1比特bit二进制字符0和1称之为比特。
2.2字节byte由8个比特组成的比特串称之为字节。
2.3字word由2个以上（包含2个）比特组成的比特串称之为字。
本部分主要使用31比特字和32比特字。
2.4字表示word representation本部分字默认采用十进制表示。
当字采用其它进制表示时，总是在字的表示之前或之后添加指示符。
例如，前缀0x指示该字采用十六进制表示，后缀下角标2指示该字采用二进制表示。
2.5高低位顺序bit ordering本部分规定字的最高位总是位于字表示中的最左边，最低位总是位于字表示中的最右边。
3符号和缩略语3.1运算符+ 算术加法运算mod 整数取余运算⨁按比特位逐位异或运算⊞模232加法运算‖字符串连接符∙H取字的最高16比特∙L取字的最低16比特<<<k 32比特字左循环移k位>>k 32比特字右移k位a b向量a赋值给向量b，即按分量逐分量赋值3.2符号下列符号适用于本部分：s0,s1,s2,…,s15 线性反馈移位寄存器的16个31比特寄存器单元变量X0,X1,X2,X3比特重组输出的4个32比特字R1, R2非线性函数F的2个32比特记忆单元变量W非线性函数F输出的32比特字Z 算法每拍输出的32比特密钥字k初始种子密钥iv 初始向量D 用于算法初始化的字符串常量3.3缩略语下列缩略语适用于本部分：ZUC 祖冲之序列密码算法或祖冲之算法LFSR 线性反馈移位寄存器BR 比特重组F 非线性函数4算法描述4.1算法整体结构祖冲之算法逻辑上分为上中下三层，见图1。
上层是16级线性反馈移位寄存器（LFSR）；中层是比特重组（BR）；下层是非线性函数F。
图 1 祖冲之算法结构图4.2线性反馈移位寄存器LFSR4.2.1 概述LFSR包括16个31比特寄存器单元变量s0, s1, …, s15。
LFSR的运行模式有2种：初始化模式和工作模式。
4.2.2 初始化模式在初始化模式下，LFSR接收一个31比特字u。
u是由非线性函数F的32比特输出W通过舍弃最低位比特得到，即u=W>> 1。
在初始化模式下，LFSR计算过程如下：LFSRWithInitialisationMode(u){(1)v = 215s15 +217 s13 + 221s10 + 220s4 + (1 + 28)s0 mod (231-1)；(2)s16=(v+u) mod (231-1)；(3)如果s16=0，则置s16=231-1；(4)(s1, s2, …, s15, s16) → (s0, s1, …, s14, s15)。
}4.2.3 工作模式在工作模式下，LFSR不接收任何输入。
其计算过程如下：LFSRWithWorkMode(){(1)s16 = 215 s15 +217s13 + 221 s10 + 220s4 + (1 + 28)s0 mod (231-1)；(2)如果s16=0，则置s16=231-1；(3)(s1, s2, …, s15, s16) → (s0, s1, …, s14, s15)。
}4.3比特重组BR比特重组从LFSR的寄存器单元中抽取128比特组成4个32比特字X0、X1、X2、X3。
BR的具体计算过程如下：BitReconstruction(){(1)X0 = s15H‖s14L；(2)X1 = s11L‖s9H；(3)X2 = s7L‖s5H；(4)X3 = s2L‖s0H。
}4.4非线性函数FF包含2个32比特记忆单元变量R1和R2。
F的输入为3个32比特字X0、X1、X2，输出为一个32比特字W。
F的计算过程如下：F (X0, X1, X2){(1)W = (X0⊕R1) ⊞R2；(2)W1 = R1⊞X1；(3)W2 = R2⊕X2；(4)R1 = S(L1(W1L‖W2H))；(5)R2 = S(L2(W2L‖W1H))。
}其中S为32比特的S盒变换，定义在附录A中给出；L1和L2为32比特线性变换，定义如下：L1(X) = X⊕ (X <<< 2) ⊕ (X <<< 10) ⊕ (X <<< 18) ⊕ (X <<< 24)，L2(X) = X⊕ (X <<< 8) ⊕ (X <<< 14) ⊕ (X <<< 22) ⊕ (X <<< 30)。
4.5密钥装入密钥装入过程将128比特的初始密钥k和128比特的初始向量iv扩展为16个31比特字作为LFSR寄存器单元变量s0, s1, …, s15的初始状态。
设k和iv分别为k0‖k1‖……‖k15和iv0‖iv 1‖……‖iv 15，其中k i和iv i均为8比特字节，0≤i≤15。
密钥装入过程如下：(1)D为240比特的常量，可按如下方式分成16个15比特的子串：D =d0‖d1‖……‖d15，其中：d0 = 1000100110101112，d1= 0100110101111002，d2 = 1100010011010112，d3 = 0010011010111102，d4= 1010111100010012，d5 = 0110101111000102，d6 = 1110001001101012，d7 = 0001001101011112，d8 = 1001101011110002，d9 = 0101111000100112，d10 = 1101011110001002，d11= 0011010111100012，d12 = 1011110001001102，d13 = 0111100010011012，d14 = 1111000100110102，d15 = 1000111101011002。
(2)对0≤i≤15，有s i = k i‖d i‖iv i。
4.6算法运行4.6.1 初始化阶段首先把128比特的初始密钥k和128比特的初始向量iv按照4.5节密钥装入方法装入到LFSR的寄存器单元变量s0, s1, …, s15中，作为LFSR的初态，并置32比特记忆单元变量R1和R2为全0。
然后执行下述操作：重复执行下述过程32次：(1)BitReconstruction()；(2)W= F(X0, X1, X2)；(3)LFSRWithInitialisationMode (W >> 1)。
4.6.2 工作阶段首先执行下列过程一次，并将F的输出W舍弃：(1)BitReconstruction()；(2)F (X0, X1, X2)；(3)LFSRWithWorkMode()。
然后进入密钥输出阶段。
在密钥输出阶段，每运行一个节拍，执行下列过程一次，并输出一个32比特的密钥字Z：(1)BitReconstruction() ；(2)Z = F (X0, X1, X2) X3；(3)LFSRWithWorkMode()。
附录A（规范性附录）S盒32比特S盒S由4个小的8х8的S盒并置而成，即S=(S0, S1, S2, S3)，其中S0=S2，S1=S3。
S0和S1的定义分别见表1和表2。
设S0(或S1)的8比特输入为x。
将x视作两个16进制数的连接，即x=h||l，则表1 (或表2)中第h行和第l列交叉的元素即为S0(或S1)的输出S0(x)(或S1(x))。
设S盒S的32比特输入X和32比特输出Y分别为：X = x0‖ x1‖x2‖x3，Y = y0‖y1‖y2‖y3，其中x i和y i均为8比特字节，i = 0, 1, 2, 3。
则有y i = S i(x i), i = 0, 1, 2, 3。
表1 S0盒表2 S1盒注：S0盒和S1盒数据均为十六进制表示。
附录B（资料性附录）模231-1乘法和模231-1加法的实现B.1 模231-1乘法两个31比特字模231-1乘法可以快速实现。
特别地，当其中一个字具有较低的汉明重量时，可以通过31比特的循环移位运算和模231-1加法运算实现。
例如，计算ab mod(231-1)，其中b=2i+2j+2k。
则ab mod(231-1) = (a <<<31i) + (a <<<31j) +(a <<<31k) mod(231-1)，其中<<<31表示31比特左循环移位运算。
B.2 模231-1加法在32位处理平台上，两个31比特字a和b模231-1加法运算c =a + b mod(231-1)可以通过下面的两步计算实现：1)c = a + b；2)c = (c & 0x7FFFFFFF) + (c >> 31)。
附录C（资料性附录）算法计算实例C.1 测试向量1（全0）输入:密钥k: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00初始向量iv: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 输出:z1: 27bede74z2: 018082da初始化：有限状态机内部状态:R1 = 14cfd44cR2 = 8c6de800C.2 测试向量2（全1）输入:密钥k: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff初始向量iv: ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff 输出:z1: 0657cfa0z2: 7096398b初始化：线性反馈移位寄存器初态:7 bc05e960 84b8edc9 9affffbc 13ffff13 2bbe53a4 12a8a16e 1bf69f78 7904dddc8 f209d9e5 c755bc5b acffff78 c4ffff9a 4a90d661 d9c744b4 ec602baf 0c3c90169 1879dddc 9232b729 9a1afff1 f1ffff5e 76bc13d7 a49ea404 2cb05071 0b9d257b 初始化后线性反馈移位寄存器状态:R1 = b8017bd5R2 = 9ce2de5c密钥流：C.3 测试向量3（随机）输入:密钥k: 3d 4c 4b e9 6a 82 fd ae b5 8f 64 1d b1 7b 45 5b初始向量iv: 84 31 9a a8 de 69 15 ca 1f 6b da 6b fb d8 c7 66输出:z1: 14f1c272z2: 3279c419初始化：线性反馈移位寄存器初态:R1 = 860a7dfaR2 = bf0e0ffc密钥流：注：上述祖冲之算法计算实例中数据全部采用十六进制表示。