流密码框架下的SM4专用认证加密算法

来源：计算机工程与应用杂志2024年第2期北京时间：

作者：李胡, 彭长根, 侯金秋

单位：1.公共大数据国家重点实验室，贵阳 550025；2.贵州大学 计算机科学与技术学院，贵阳 550025

摘要：认证加密算法是能同时满足数据机密性与完整性的对称密码算法，在数据安全领域具有广泛应用。针对基于分组密码的认证加密算法的安全性以及效率需求，提出一种基于SM4轮函数的专用认证加密算法SMRAE。算法采用流密码思想，从SM4底层部件出发，结合Feistel结构设计状态更新函数用于轮变换，处理256?bit消息只需调用4个SM4轮函数指令。在初始化阶段将初始向量和密钥经过16轮迭代，使差分充分随机化；利用SM4加密消息，将生成的密文参与轮变换，实现状态更新和加密并行；解密时先进行消息认证，降低时间消耗，提高算法安全性。安全性分析与实验结果表明SMRAE能够抵抗伪造攻击、差分攻击和猜测攻击等主流攻击，效率高于AES-GCM，与SM4效率相当，具备一定的实用性。

关键词：SM4,认证加密,分组密码,Feistel结构,流密码