完整的加密算法分下面四步給出。輸入：明文m1...m64；密鑰K=k1...k128輸出：密文c1...c641）（密鑰表）從K計算出16對子鑰（Kmi,Kri）（參見2.1到2.4節）；2）(L0,R0)
目錄,簡介,算法的描述,循環密鑰對,不同的循環,置換箱,密鑰表,掩碼子鑰與旋轉子鑰,可變的密鑰長度,CAST5對象標識符,使用CAST-128算法的加密和解密,討論,概述,智慧財產權的問題,安全性的問題,附錄A置換箱,附錄B測試向量,相關文章,
目錄
1 簡介 1
2 算法的描述 2
2.1 循環密鑰對 2
2.2 不同的循環 2
2.3 置換箱（SubstitutionBoxes） 3
2.4 密鑰表 3
2.4.1.掩碼子鑰與旋轉子鑰 4
2.5 可變的密鑰長度 5
2.6 CAST5對象標識符 5
2.7 討論 6
3 智慧財產權的問題 6
4 安全性的問題 6
5 參考 6
6 作者地址 7
7 附錄A置換箱（S-Boxes） 7
8 附錄B.測試向量 13
簡介
本文檔描述了CAST-128加密算法，這是一種類似於DES的置換組合網路
（Substitution-PermutationNetwork，SPN）加密系統，對於微分密碼分析、線性密碼分析、
密碼相關分析具有較好的抵抗力。這種加密還有其他的幾個理想的特點，包括雪崩、嚴格的
雪崩標準（SAC）、位獨立標準（BIC）、沒有互補屬性也不存在軟弱或者半軟弱的密鑰。因
此對於整個Internet社區——要求密碼強壯、容易獲取的加密算法——而言，這是一種能夠
滿足一般套用的很好的選擇。
Adams[Adams]詳細地討論了CAST設計過程，對於這種算法的分析也可以在網上找到
（比如，[Web1]或[Web2]）。
算法的描述
循環密鑰對
CAST-128在每次循環中使用以對子鑰：32位量Km作為“掩碼”，5位量Kr用作“旋
轉碼”。
不同的循環
CAST-128使用三種不同的循環函式，如下所示（其中“D”是輸入函式f的數據，“Ia”
到“Id”分別表示I中從高到低的4個位元組）。注意“+”和“-”是以2**32為模的加減法，
“^”是位異或，“<<<”表示循環左移操作。
Type1:I=((Kmi+D)<<<Kri)
f=((S1[Ia]^S2[Ib])-S3[Ic])+S4[Id]
Type2:I=((Kmi^D)<<<Kri)
f=((S1[Ia]-S2[Ib])+S3[Ic])^S4[Id]
Type3:I=((Kmi-D)<<<Kri)
f=((S1[Ia]+S2[Ib])^S3[Ic])-S4[Id]
循環1、4、7、10、13和16使用f函式Type1；
循環2、5、8、11和14使用f函式Type2；
循環3、6、9、12和15使用f函式Type3。
置換箱
(SubstitutionBoxes）
CAST-128使用8個置換箱：置換箱（s-box）S1、S2、S3和S4是循環置換箱，S5、S6、
S7和S8是密鑰表置換箱。儘管8個置換箱總共需要8K位元組的記憶體，但是要注意在實際加
密/解密過程中只需要4K位元組，因為子鑰的產生通常在輸入數據之前就完成了。
置換箱S1-S8的內容參見附錄A。
密鑰表
假設128位的密鑰是x0x1x2x3x4x5x6x7x8x9xAxBxCxDxExF，其中x0是最高位的位元組，
xF是最低位的位元組。
令z0…zF是中間（臨時）位元組。
令S表示置換箱i，“^”代表異或加。
按照下述公式從密鑰x0x1x2x3x4x5x6x7x8x9xAxBxCxDxExF生成子鑰：
z0z1z2z3=x0x1x2x3^S5[xD]^S6[xF]^S7[xC]^S8[xE]^S7[x8]
z4z5z6z7=x8x9xAxB^S5[z0]^S6[z2]^S7[z1]^S8[z3]^S8[xA]
z8z9zAzB=xCxDxExF^S5[z7]^S6[z6]^S7[z5]^S8[z4]^S5[x9]
zCzDzEzF=x4x5x6x7^S5[zA]^S6[z9]^S7[zB]^S8[z8]^S6[xB]
K1=S5[z8]^S6[z9]^S7[z7]^S8[z6]^S5[z2]
K2=S5[zA]^S6[zB]^S7[z5]^S8[z4]^S6[z6]
K3=S5[zC]^S6[zD]^S7[z3]^S8[z2]^S7[z9]
K4=S5[zE]^S6[zF]^S7[z1]^S8[z0]^S8[zC]
x0x1x2x3=z8z9zAzB^S5[z5]^S6[z7]^S7[z4]^S8[z6]^S7[z0]
x4x5x6x7=z0z1z2z3^S5[x0]^S6[x2]^S7[x1]^S8[x3]^S8[z2]
x8x9xAxB=z4z5z6z7^S5[x7]^S6[x6]^S7[x5]^S8[x4]^S5[z1]
xCxDxExF=zCzDzEzF^S5[xA]^S6[x9]^S7[xB]^S8[x8]^S6[z3]
K5=S5[x3]^S6[x2]^S7[xC]^S8[xD]^S5[x8]
K6=S5[x1]^S6[x0]^S7[xE]^S8[xF]^S6[xD]
K7=S5[x7]^S6[x6]^S7[x8]^S8[x9]^S7[x3]
K8=S5[x5]^S6[x4]^S7[xA]^S8[xB]^S8[x7]
z0z1z2z3=x0x1x2x3^S5[xD]^S6[xF]^S7[xC]^S8[xE]^S7[x8]
z4z5z6z7=x8x9xAxB^S5[z0]^S6[z2]^S7[z1]^S8[z3]^S8[xA]
z8z9zAzB=xCxDxExF^S5[z7]^S6[z6]^S7[z5]^S8[z4]^S5[x9]
zCzDzEzF=x4x5x6x7^S5[zA]^S6[z9]^S7[zB]^S8[z8]^S6[xB]
K9=S5[z3]^S6[z2]^S7[zC]^S8[zD]^S5[z9]
K10=S5[z1]^S6[z0]^S7[zE]^S8[zF]^S6[zC]
K11=S5[z7]^S6[z6]^S7[z8]^S8[z9]^S7[z2]
K12=S5[z5]^S6[z4]^S7[zA]^S8[zB]^S8[z6]
x0x1x2x3=z8z9zAzB^S5[z5]^S6[z7]^S7[z4]^S8[z6]^S7[z0]
x4x5x6x7=z0z1z2z3^S5[x0]^S6[x2]^S7[x1]^S8[x3]^S8[z2]
x8x9xAxB=z4z5z6z7^S5[x7]^S6[x6]^S7[x5]^S8[x4]^S5[z1]
xCxDxExF=zCzDzEzF^S5[xA]^S6[x9]^S7[xB]^S8[x8]^S6[z3]
K13=S5[x8]^S6[x9]^S7[x7]^S8[x6]^S5[x3]
K14=S5[xA]^S6[xB]^S7[x5]^S8[x4]^S6[x7]
K15=S5[xC]^S6[xD]^S7[x3]^S8[x2]^S7[x8]
K16=S5[xE]^S6[xF]^S7[x1]^S8[x0]^S8[xD]
[剩下的一半與上面給出的一樣，從最後生成的x0..xF產生密鑰K17-K32。]
z0z1z2z3=x0x1x2x3^S5[xD]^S6[xF]^S7[xC]^S8[xE]^S7[x8]
z4z5z6z7=x8x9xAxB^S5[z0]^S6[z2]^S7[z1]^S8[z3]^S8[xA]
z8z9zAzB=xCxDxExF^S5[z7]^S6[z6]^S7[z5]^S8[z4]^S5[x9]
zCzDzEzF=x4x5x6x7^S5[zA]^S6[z9]^S7[zB]^S8[z8]^S6[xB]
K17=S5[z8]^S6[z9]^S7[z7]^S8[z6]^S5[z2]
K18=S5[zA]^S6[zB]^S7[z5]^S8[z4]^S6[z6]
K19=S5[zC]^S6[zD]^S7[z3]^S8[z2]^S7[z9]
K20=S5[zE]^S6[zF]^S7[z1]^S8[z0]^S8[zC]
x0x1x2x3=z8z9zAzB^S5[z5]^S6[z7]^S7[z4]^S8[z6]^S7[z0]
x4x5x6x7=z0z1z2z3^S5[x0]^S6[x2]^S7[x1]^S8[x3]^S8[z2]
x8x9xAxB=z4z5z6z7^S5[x7]^S6[x6]^S7[x5]^S8[x4]^S5[z1]
xCxDxExF=zCzDzEzF^S5[xA]^S6[x9]^S7[xB]^S8[x8]^S6[z3]
K21=S5[x3]^S6[x2]^S7[xC]^S8[xD]^S5[x8]
K22=S5[x1]^S6[x0]^S7[xE]^S8[xF]^S6[xD]
K23=S5[x7]^S6[x6]^S7[x8]^S8[x9]^S7[x3]
K24=S5[x5]^S6[x4]^S7[xA]^S8[xB]^S8[x7]
z0z1z2z3=x0x1x2x3^S5[xD]^S6[xF]^S7[xC]^S8[xE]^S7[x8]
z4z5z6z7=x8x9xAxB^S5[z0]^S6[z2]^S7[z1]^S8[z3]^S8[xA]
z8z9zAzB=xCxDxExF^S5[z7]^S6[z6]^S7[z5]^S8[z4]^S5[x9]
zCzDzEzF=x4x5x6x7^S5[zA]^S6[z9]^S7[zB]^S8[z8]^S6[xB]
K25=S5[z3]^S6[z2]^S7[zC]^S8[zD]^S5[z9]
K26=S5[z1]^S6[z0]^S7[zE]^S8[zF]^S6[zC]
K27=S5[z7]^S6[z6]^S7[z8]^S8[z9]^S7[z2]
K28=S5[z5]^S6[z4]^S7[zA]^S8[zB]^S8[z6]
x0x1x2x3=z8z9zAzB^S5[z5]^S6[z7]^S7[z4]^S8[z6]^S7[z0]
x4x5x6x7=z0z1z2z3^S5[x0]^S6[x2]^S7[x1]^S8[x3]^S8[z2]
x8x9xAxB=z4z5z6z7^S5[x7]^S6[x6]^S7[x5]^S8[x4]^S5[z1]
xCxDxExF=zCzDzEzF^S5[xA]^S6[x9]^S7[xB]^S8[x8]^S6[z3]
K29=S5[x8]^S6[x9]^S7[x7]^S8[x6]^S5[x3]
K30=S5[xA]^S6[xB]^S7[x5]^S8[x4]^S6[x7]
K31=S5[xC]^S6[xD]^S7[x3]^S8[x2]^S7[x8]
K32=S5[xE]^S6[xF]^S7[x1]^S8[x0]^S8[xD]
掩碼子鑰與旋轉子鑰
令Km1,...,Km16為32位的掩碼子鑰（每次循環使用一個）；
令Kr1,…,Kr16為32位的旋轉子鑰（每次循環使用一個，只是用最低的5位）；
for(i=1;i<=16;i++){Kmi=Ki;Kri=K16+i;}
可變的密鑰長度
CAST-128加密算法被設計為密碼長度是可變的，從40位到128位，每次遞增8位（就
是說，密碼長度可以是40、48、56、64…112、120、128位）。對於不同的密碼長度，分別
採用不同的規範：
1） 密碼長度從40到80（含80），按照上述算法操作，但是採用12循環而不是16。
2） 如果密碼長度大於80位，採用完整的16次循環。
3） 如果密碼長度小於128位，則在最低位補0直到128位（因為CAST-128密鑰表假
定輸入的密碼是128位的。）
儘管CAST-128支持上述12種長度的密碼，但在典型的套用中發現40、64、80和128
位是最有用的密碼長度。因此，只要支持這四種長度的子集對於大多數套用就足夠了。
為了避免在使用不同的密碼長度操作時發生混淆，CAST-128被認為與名CAST5是同
義的，這樣在後面加上密碼長度就不會發生歧義了。這樣，比方說使用40位密碼的CAST-128
就被表示為CAST5-40；如果明確地使用128位密碼，應該使用名稱CAST5-128。
CAST5對象標識符
如果需要在協定中的算法協商中，或者其它需要使用對象標識符的上下文中使用
CAST，可以使用以下定義的OID。
algorithmsOBJECTIDENTIFIER::=
{iso(1)memberBody(2)usa(840)nt(113533)nsn(7)algorithms(66)}
cast5CBCOBJECTIDENTIFIER::={algorithmscast5CBC(10)}
Parameters::=SEQUENCE{
ivOCTETSTRINGDEFAULT0,--Initializationvector
keyLengthINTEGER--Keylength,inbits
}
注意：iv是可選的，默認為全0。在編碼後，如果使用全0的iv，那么該參數不
應該出現在參數中。解碼後，如果iv沒有出現在參數列表中，應該解釋為該參數全部
位元組都是0。
使用CAST-128算法的加密和解密
下面是使用CAST-128對稱塊密碼算法的CBC模式的加密和解密。
cast5MACOBJECTIDENTIFIER::={algorithmscast5MAC(11)}
Parameters::=SEQUENCE{
macLengthINTEGER,--MAClength,inbits
keyLengthINTEGER--Keylength,inbits
}
下面是使用CAST-128對稱塊密碼算法的訊息驗證。
pbeWithMD5AndCast5CBCOBJECTIDENTIFIER::=
{algorithmspbeWithMD5AndCAST5-CBC(12)}
Parameters::=SEQUENCE{
saltOCTETSTRING,
iterationCountINTEGER,--Totalnumberofhashiterations
keyLengthINTEGER--Keylength,inbits
}
注意：IV是從哈希過程派生的，因此不必放在參數中。
這是以CBC模式使用MD5和CAST-128對稱塊密碼的基於密碼的加密和解密。關於
PBE計算的詳細資訊參見PKCS#5（它使用了DES密碼）。
討論
概述
CAST-128是一種12或16循環的Feistel密碼，塊長度是64位，密碼長度最大128位；
它使用旋轉實現對線性和微分分析的內在免疫性；在循環函式中混合使用XOR、模為2**32
的加減法；在加密過程中使用三種不同的循環函式。最後，循環函式中使用的8x32置換箱，
每一個最小的非線性為74，而且不同的分配表中最大項是2。
按照其密碼長度（128）而言，這種加密是很強大的，而且具有很好的加密/解密效率，
在150MHz的奔騰處理器上每秒可以處理3.3M位元組。
智慧財產權的問題
本文檔描述的CAST-128加密算法可以在世界範圍內免費用於商業和非商業用途。
安全性的問題
本備忘錄完全是關於安全性的，它描述了一種算法專門用於加密的目的。
附錄A置換箱
（S-Boxes）
S-BoxS1
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1a69e78302cc4843a2f7c579429ef47d427b169c5ac9f049dd8f0f005c8165bf
S-BoxS2
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a0b52f7b59e83605ee15b094e9ffd909dc440086ef944459ba83ccb3e0c3cdfb
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附錄B測試向量
該附錄為本文描述的CAST-128加密提供測試向量。
B.1.單獨的明文-密碼-密文集
為了保證算法的正確實現，可以使用下面的測試向量（使用十六進制符號表示）進行驗
證。
128-bitkey=0123456712345678234567893456789A
plaintext=0123456789ABCDEF
ciphertext=238B4FE5847E44B2
80-bitkey=01234567123456782345
=01234567123456782345000000000000
plaintext=0123456789ABCDEF
ciphertext=EB6A711A2C02271B
40-bitkey=0123456712
=01234567120000000000000000000000
plaintext=0123456789ABCDEF
ciphertext=7AC816D16E9B302E
B.2.完整的維護性測試
CAST-128的維護性測試被定義為驗證實現的正確性。它使用如下的偽代碼表示，其中
a和b是128位的向量，aL和bL是a左右兩部分，bL和bR是b的左右兩部分，enrypt(d,k)
是塊對於密碼k以ECB模式的加密。
Initiala=0123456712345678234567893456789A(hex)
Initialb=0123456712345678234567893456789A(hex)
do1,000,000times
{
aL=encrypt(aL,b)
aR=encrypt(aR,b)
bL=encrypt(bL,a)
bR=encrypt(bR,a)
}
Verifya==EEA9D0A249FD3BA6B3436FB89D6DCA92(hex)
Verifyb==B2C95EB00C31AD7180AC05B8E83D696E(hex)
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