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第三代移动通信系统是一个能在全球范围无线接入使用的网络系统，它提供了传统的语音业务和无线高速的数据业务。作为3G系统中信息安全的核心技术，相关的密码算法在第三代移动通信技术中占有重要的地位。
本文基于第三代伙伴关系计划标准化组织（3GPP）制定和实施的标准，介绍了第三代移动通信系统的安全算法KASUMI，分析了其应用背景和结构原理。本文同时详细描述了基于FPGA的KASUMI IP核的实现过程。设计出了对64位数据进行加密的KASUMI算法的IP核。在此基础上，进一步完成了f8算法的软核。其中KASUMI算法都通过串口完成了硬件数据的测试。
1 系统的功能和指标
- 本系统主要完成了KASUMI 的IP核设计及测试，可在硬件上实现对数据的加密。并在此基础上设计出了f8算法的软核，通过了软件仿真测试。
- 最大时钟频率：141.54MHZ
- 吞 吐 量：3019.58Mbps
- 密 钥 大 小：128比特
2 系统的理论基础
主要阐述KASUMI算法的结构原理，分析了其整体结构及各个组成部分。
2.1 KASUMI算法分析
KASUMI算法是基于日本三菱公司的分组密码MISTY1算法，是一个采用Feistel结构的分组加密算法，采用128比特的密钥输入和64比特的明文输入，产生64比特的密文输出，在此过程中要进行8轮迭代。KASUMI算法的设计遵循了三条原则：⑴安全性有足够的数学基础；⑵算法的软件实现在任何处理器上要足够的快，硬件实现也足够的快；⑶算法能够对抗差分和线性密码分析，流程图如图1所示。
图1 KASUMI算法
输入数据I被分为32比特的左右两部分L0和R0，即I= L0 || R0 ，对于整数i控制加密轮数，限定其值为1≤i≤8，定义：Ri = Li-1 ，Li = Ri-1  fi(Li-1 , RKi) 。即每轮KASUMI算法的操作: 将第i-1轮的输出的左半部Li-1作为第i轮的右半部Ri ; 而第i轮的左半部由第i-1轮输出的右半部Ri-1与第i轮的轮函数fi 的结果进行异或运算得到。（RKi为第i轮的子密钥）经过8轮迭代后得到64比特字符串的输出（L8 || R8）。
2.1.1 KASUMI算法中的函数2.1.1.1 第i轮的轮函数fi
轮函数fi对32比特的输入I，在32比特的轮密钥RK的控制下，得到32比特的输入。而轮密钥由三个一组的子密钥（KLi，KOi，KIi）组成。轮函数自身由两个子函数FL和FO构成，与之相关的子密钥分别为KLi和KOi ，KIi 。
轮函数在奇数轮与偶数轮有不同的表达式：
对于1，3，5，7轮：fi（I，RKi）= FO（FL（I，KLi），KOi，KIi）
对于2，4，6，8轮：fi（I，Ki）= FL（FO（I，KOi，KIi），KLi）
⑴ 函数FL：FL函数是一个线性函数，但是这并不意味着算法的安全性要依赖于它，也不能依赖于它。它的目的是通过一个简单的方式增加附加干扰，使得单个的比特位在传输过程中更难被追踪。FL函数还有一个特性，就是FL输入的微小变化在输出端也只引起微小的变化，这对FL函数正向或反向的计算都是有用的。流程图如图2：
图2 FL函数算法 |
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