SM3密码杂凑算法的描述

SM3密码杂凑算法采用Merkle-Damgard结构，消息分组长度为512b，摘要长度256b。压缩函数状态256b，共64步操作步骤。

SM3密码杂凑算法的初始值：

SM3密码杂凑算法的初始值共256b，由8个32b串联构成，具体值如下：

IV=7380166f  4914b2b9  1724422d7  da8a0600

   a96f30bc  163138aa   e38dee4d   b0fb0e4e。

SM3密码杂凑算法的常量：

SM3密码杂凑算法的常量定义如下：

SM3密码杂凑算法的布尔函数：    

SM3密码杂凑算法的布尔函数定义如下：

SM3密码杂凑算法的置换函数：

SM3密码杂凑算法的置换函数定义如下：

SM3密码杂凑算法的消息填充：

对于长度为l(l<2⁶⁴)比特的消息m，SM3密码杂凑算法首先将比特“1”添加到消息的末尾，再添加k个“0”，k是满足l+k+1=448 mod 512的最小非负整数。然后再添加一个64位比特串，该比特串是长度l的二进制表示。填充后的消息m’的比特长度我512的倍数。例如：对消息01100001 01100010 01100011，其长度l=24，经填充得到的比特串如下：01100001 0100010 011000111 0···00···011000

SM3密码杂凑算法的迭代压缩过程：

将填充后的消息m’按512b进行分组：m’=B⁽⁰⁾B⁽¹⁾···B^(n-1)，其中n=(l+k+65)/512。对m’按如下方式迭代：

FOR i=0 TO (n-1)

    V⁽ⁱ⁺¹⁾=CF(V⁽ⁱ⁾,B⁽ⁱ⁾);

ENDFOR

其中，CF是压缩函数，V⁽⁰⁾为256b初始值IV，B⁽ⁱ⁾为填充后的消息分组，迭代压缩的结果为V⁽ⁿ⁾。

SM3密码杂凑算法的压缩函数：

SM3密码杂凑算法的压缩函数由消息扩展过程和状态更新过程组成，具体描述如下。

1、过程1消息扩展过程：

将消息分组B⁽ⁱ⁾按一下方式扩展生成132个字W₀，W₁，···，W₆₇，W’₀，W’₁，···，W’₆₃用于压缩函数CF：

（1）将消息分组B⁽ⁱ⁾划分为16个字W₀，W₁，···，W₁₅；

（2）FOR j=16 TO 67

             W_j=P₁(W_j-16 XOR W_j-9 XOR (W_j-3<<<15)) XOR (W_j-1<<<7) XOR W_j-6；

          ENDFOR

    （3）FOR j=0 TO 63

              W’_j=W_j XOR W_j+4；

          ENDFOR

 2、过程2 状态更新过程：

假定A,B,C,D,E,F,G,H为寄存器，SS1，SS2，TT1，TT2为中间变量，压缩函数V⁽ⁱ⁺¹⁾=CF(V⁽ⁱ⁾,B⁽ⁱ⁾),0≦i≦n-1，状态更新过程描述如下：

ABCDEFGH←V⁽ⁱ⁾；

FOR j=0 TO 63

SS1←SS1+(A<<<12)；

TT1←FF_j(A,B,C)+D+SS2+W’_j；

TT2←GG_j(A,B,C)+H+SS1+ W_j；

D←C；

C←B<<<9；

B←A；

A←TT1；

H←G；

G←F<<<19；

F←E；

E←P₀(TT2)；

ENDFOR

V⁽ⁱ⁺¹⁾←ABCDEFGH XOR V⁽ⁱ⁾

 3、过程3 杂凑值：

ABCDEFGH←XOR V⁽ⁿ⁾

输出256b的杂凑值y=ABCDEFGH。

SM3密码杂凑算法的特点：

SM3密码杂凑算法压缩函数整体结构与SHA-256相似，但是增加了多种新的设计技术，包括增加16步全异或操作、消息双字介入、增加快速雪崩效应的P置换等。能够有效地避免高概率的局部碰撞，有效的抵抗强碰撞性的差分分析、若碰撞性的线性分析和比特追踪法等密码分析。

SM3密码杂凑算法合理使用字加运算，构成进位加4级流水，在不显著增加硬件开销的情况下，采用P置换，加速了算法的雪崩效应，提高了运算效率。同时，SM3密码杂凑算法采用了适合32b微处理器和8b智能卡实现的基本运算，具有跨平台实现的高效性和广泛的适用性。