密码应用-轻量级分组加密算法KATAN

轻量级分组加密算法KATAN

系列分组密码算法按分组长度分为三类：KATAN32，KATAN48和KATAN64。KATAN32的分组长度为32比特，即明文和密文的分组长度均为32比特。32比特明文首先按顺序置入两个长度分别为13比特和19比特的移位寄存器L1和L2其中32比特明文的最高比特置入13级移存器L1的第12比特位置，32比特明文的最低比特置入19级移存器L2的第0比特位置。每轮加密时，移存器L1和L2向左移动一拍，相应的的反馈函数的生成比特分别置入移存器L1和L2的最低比特位。经过加密254轮之后，将移存器L2和L2的状态信息按照明文置入时的顺序输出作为密文，其中L2的0比特位置的值是密文的最低位，L1的12比特位置的值是密文的最高位。

KATAN32在每轮加密中使用两个非线性函数fa和fb：

KATAN算法加密过程：

记L1=……||u1||u0

记L2=……||v1||v0

输入的32bit明文记为W=w30||……||w1||w0

L1=u12||u11||……||u1||u0=w31||w30||……||w20||w19

L2=v18||v17||……||v1||v0=w18||w17||……||w1||w0

第i轮加密（输入为32bit中间状态）（1≤i≤253）

L1=……||u1||u0

L2=v18||v17||……||v1||v0

然后执行相同的操作fa和fb，则L1和L2变为：
L1=u11||u10||……||u1||u0||fa(L1)

L2=v17||v16||……||v1||v0||fb(L2)

轮密钥生成算法

KATAN32算法的密钥生成算法（与KATAN48和KATAN64一样），是将80比特密钥置入一个线性反馈移位寄存器LFSR，密钥的最低位置入线性反馈移位寄存器LFSR的0位置。每一轮中，线性反馈移位寄存器LFSR的位置0和位置1的值作为该轮的子密钥，K2i和K2i+1，并且LFSR运动两拍。反馈多项式为最小汉明重量为5的一个本原多项式(没有80级的3项式为本原多项式)：

设密钥为K，第i轮的子密钥为ka||kb=k2i||k2i+1

KATAN系列密码三个不同分组长度的变体KATAN32，KATAN48和KATAN64的不同在于：

（1）明文和密文的分组长度；

（2）线性反馈移位寄存器L1和L2的长度；

（3）进入非线性函数的抽头比特的位置；

（4）在一轮加密中，非线性函数计算利用的次数。

附录为不同轮对应IR的取值：