SM4（暗号）

SM4
一般的な
デザイナー	中国科学院データ保証・通信セキュリティセンター
初版	2006年（機密解除、2012年3月21日標準化）
暗号の詳細
キーサイズ	128ビット
ブロックサイズ	128ビット
構造	不均衡な Feistel ネットワーク
ラウンド	32
最高の公開暗号解読
	22ラウンドに対する線形および差分攻撃

商密4（SM4、商密4）（旧称SMS4）^[2]は、中国で商用暗号として標準化されたブロック暗号です。 ^[3]これは、無線LAN WAPI （WLAN認証およびプライバシーインフラストラクチャ）の中国国家標準で使用され、トランスポート層セキュリティと共に使用されています。^[4]

SM4 はIEEE 802.11i標準に提案された暗号でしたが、これまで拒否されています。拒否の理由の 1 つは、 IEEEによる WAPI ファストトラック提案に対する反対でした。^{[引用が必要]}

SM4 は 2021 年にISO/IEC 18033-3/Amd 1として公開されました。

SM4アルゴリズムは、中国科学院（CAS）データ保証・通信セキュリティセンターと国家暗号管理局商業暗号試験センターによって起草されました。主に呂書望（中国語：吕述望）によって開発されました。このアルゴリズムは2006年1月に機密解除され、2016年8月に国家標準（GB/T 32907-2016）となりました。^[5]

暗号の詳細

SM4暗号の鍵サイズとブロックサイズはそれぞれ128ビットです。^[6]^[7] 1ブロックのデータ暗号化または復号化は32ラウンドで構成されます。ラウンドキーを生成するために非線形キースケジュールが使用され、復号化では暗号化と同じラウンドキーが使用されますが、順序は逆になります。

キーとキーパラメータ

暗号化キーの長さは 128 ビットで、で表されます。ここでは32 ビットのワードです。ラウンドキーはで表されます。ここで、各はワードです。これは暗号化キーと次のパラメータによって生成されます。 $MK=(MK_{0},\ MK_{1},\ MK_{2},\ MK_{3})$ $MK_{i}\ (i=0,\ 1,\ 2,\ 3)$ $(rk_{0},\ rk_{1},\ \ldots ,\ rk_{31})$ $rk_{i}(i=0,\ \ldots ,\ 31)$

$FK=(FK_{0},\ FK_{1},\ FK_{2},\ FK_{3})$
$CK=(CK_{0},\ CK_{1},\ \ldots ,\ CK_{31})$

$FK_{i}$ およびはラウンドキーを生成するために使用される単語です。 $CK_{i}$

ラウンド

各ラウンドは、前の 4 つのラウンドの出力から次のように計算されます。 $X_{i},X_{i+1},X_{i+2},X_{i+3$ $X_{i+4}=X_{i}\oplus F(X_{i+1}\oplus X_{i+2}\oplus X_{i+3}\oplus rk_{i})$

非線形変換、Sボックス、線形変換で構成される置換関数は、 $F$ $L$

Sボックス

SM4のSボックスは8ビット入力と8ビット出力に固定されており、Sbox()と表記される。Advanced Encryption Standard (AES)と同様に、Sボックスは $GF$ $(2$ $8$ $)$ 上の逆数に基づいている。アフィン変換と多項式基数はAESのものとは異なるが、アフィン同型性によりAES Sボックスが与えられれば効率的に計算できる。^[8]

歴史

2012年3月21日、中国政府は工業規格「GM/T 0002-2012 SM4ブロック暗号アルゴリズム」を発表し、正式にSMS4をSM4に改名した。^[2]

SM4の英語版の説明はインターネットドラフトとして公開されており、 ANSI Cの参照実装も含まれている。^[9]

SM4はARMアーキテクチャのARMv8.4-A拡張の一部です。 ^[10]RISC-VアーキテクチャのSM4サポートは、2021年にZksed拡張として承認されました。^[11]

SM4 は、 Arrow Lake S、Lunar Lake、Clearwater Forest以降の Intel プロセッサでサポートされています。 ^{[引用が必要]}

参考文献

^ 「SM4ブロック暗号アルゴリズム」。CNNIC。2013年12月4日。2016年9月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年7月24日閲覧。
^ ab 「国家暗号管理局公告第23号」（中国語（中国））。国家商法管理局（OSCCA）。2012年3月21日。2016年8月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年7月24日閲覧。
^ Martinkauppi, Louise Bergman; He, Qiuping; Ilie, Dragos (2020 年 6 月)。「中国の OSCCA 承認暗号化アルゴリズムの設計とパフォーマンスについて」。2020 年第 13 回国際通信会議 (COMM)。pp. 119–124。doi : 10.1109 / COMM48946.2020.9142035。ISBN 978-1-7281-5611-8. S2CID 220668639。
^ Yang, P (2021年3月). RFC 8998. IETF . doi : 10.17487/RFC8998 . 2022年7月30日閲覧。
^ Lu Shuwang. SM4アルゴリズムの概要[J]。情報セキュリティ研究ジャーナル、2016年、2(11):995-1007。
^ 「無線局域ネットワーク製品使用の SMS4 秘密暗号算法」(PDF) (簡体字中国語)。中華人民共和国の国家暗号局。 2007 年 7 月 10 日のオリジナル(PDF)からアーカイブされました。
^ ワイヤレスネットワーク向け SMS4 暗号化アルゴリズム
^ Saarinen, Markku-Juhani O. (2020年4月17日). 「mjosaarinen/sm4ni: AES-NI命令を使用して中国暗号化規格SM4を実装できることのデモンストレーション」. GitHub .
^ Tse, Ronald; Kit, Wong; Saarinen, Markku-Juhani (2018年4月22日). 「SM4ブロック暗号アルゴリズムとその動作モード」. tools.ietf.org .
^ 「Arm アーキテクチャに対する 2017 年の拡張機能の紹介」。community.arm.com。2017年11 月 2 日。
^ 「RISC-V 暗号化拡張タスクグループがスカラー暗号化拡張の公開レビューを発表」riscv.org。

外部リンク

縮小SMS4ブロック暗号の線形および差分暗号解析
スプレッドシートとして実装された SMS4 の例
吕述望（ろ・しゅうおう）のページ（中国語）
GmSSL プロジェクトは、Wayback Machineで 2020-10-21 にアーカイブされました(GuoMi アルゴリズムを使用した OpenSSL フォーク)
[1] （ISO/IEC 18033-3:2010/Amd 1:2021 情報技術 - セキュリティ技術 - 暗号化アルゴリズム - パート3：ブロック暗号 - 修正1：SM4）

[1] 「SM4ブロック暗号アルゴリズム」。CNNIC。2013年12月4日。2016年9月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年7月24日閲覧。

[oscca_1228-2] 「国家暗号管理局公告第23号」（中国語（中国））。国家商法管理局（OSCCA）。2012年3月21日。2016年8月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年7月24日閲覧。

[3] Martinkauppi, Louise Bergman; He, Qiuping; Ilie, Dragos (2020 年 6 月)。「中国の OSCCA 承認暗号化アルゴリズムの設計とパフォーマンスについて」。2020 年第 13 回国際通信会議 (COMM)。pp. 119–124。doi : 10.1109 / COMM48946.2020.9142035。ISBN 978-1-7281-5611-8. S2CID 220668639。

[4] Yang, P (2021年3月). RFC 8998. IETF . doi : 10.17487/RFC8998 . 2022年7月30日閲覧。

[abstract192-5] Lu Shuwang. SM4アルゴリズムの概要[J]。情報セキュリティ研究ジャーナル、2016年、2(11):995-1007。

[6] 「無線局域ネットワーク製品使用の SMS4 秘密暗号算法」(PDF) (簡体字中国語)。中華人民共和国の国家暗号局。 2007 年 7 月 10 日のオリジナル(PDF)からアーカイブされました。

[7] ワイヤレスネットワーク向け SMS4 暗号化アルゴリズム

[8] Saarinen, Markku-Juhani O. (2020年4月17日). 「mjosaarinen/sm4ni: AES-NI命令を使用して中国暗号化規格SM4を実装できることのデモンストレーション」. GitHub .

[9] Tse, Ronald; Kit, Wong; Saarinen, Markku-Juhani (2018年4月22日). 「SM4ブロック暗号アルゴリズムとその動作モード」. tools.ietf.org .

[10] 「Arm アーキテクチャに対する 2017 年の拡張機能の紹介」。community.arm.com。2017年11 月 2 日。

[11] 「RISC-V 暗号化拡張タスクグループがスカラー暗号化拡張の公開レビューを発表」riscv.org。