A5/1 简介
A5 算法在 1989 年由法国人开发，先后开发了三个版本记作 A5/1、A5/2、A5/3，如果没有特别说明，通常所说的 A5 是指 A5/1，这是一种流密码加密算法。该算法用于 GSM 系统的序列密码算法，最初是保密的，但通过泄漏和逆向工程公开。
流密码加密
流密码加密(类似于一次性密码本)，用 n 位长度的密钥 S，并将其延展至长长的密钥流中，然后该密钥流与明文 P 进行异或运算生成密文 C。
假设给定密钥流 S = S0，S1，S2 …以及明文 P = P0，P1，P2 …，我们通过按位的异或运算即可生成密文 C = C0，C1，C2 …。
A5/1 生成密钥
1、三个线性反馈移位寄存器（X:19位，Y:22位， Z:23位）
2、假设当前寄存器状态如下
3、生成密钥
1.找到 X8 = 1, Y10 = 0, Z10 = 1（算法规定）。
2.选取数量最多的作为结果 m = maj(X8, Y10, Z10) = maj(1, 0, 1) = 1（eg：maj(0, 0, 1) = 0）。
3.根据 m 与 (X8, Y10, Z10) 的值对寄存器进行移位。
1.因为 X8 = m = 1，所以 X 寄存器需要右移一位，第一位 X0 = X13 ⨁ \bigoplus ⨁ X16 ⨁ \bigoplus ⨁ X17 ⨁ \bigoplus ⨁ X18(移位前) = 0 ⨁ \bigoplus ⨁ 1 ⨁ \bigoplus ⨁ 0 ⨁ \bigoplus ⨁ 1 = 0，移位后 X 寄存器状态：
2.因为 Y10 = 0， m = 1，所以 Y 寄存器不需要进行移位（如果 Y10 = m = 1，则 Y 寄存器需要右移一位，第一位 Y0 = Y20 ⨁ \bigoplus ⨁ Y21），移位后 Y寄存器状态：
3.因为 Z10 = m = 1，所以 Z 寄存器需要右移一位，第一位 Z0 = Z7 ⨁ \bigoplus ⨁ Z20 ⨁ \bigoplus ⨁ Z21 ⨁ \bigoplus ⨁ Z22(移位前) = 1 ⨁ \bigoplus ⨁ 0 ⨁ \bigoplus ⨁ 0 ⨁ \bigoplus ⨁ 1 = 0，移位后 Z 寄存器状态：
4.最后得到三个寄存器的状态如下，然后将 X、Y、Z 寄存器的最后一位进行异或操作得到一位密钥，即 K0 = X18 ⨁ \bigoplus ⨁ Y21 ⨁ \bigoplus ⨁ Z22 = 0 ⨁ \bigoplus ⨁ 1 ⨁ \bigoplus ⨁ 0 = 1。
5.假设需要 64 位秘钥，则按照上述步骤进行 64 次循环操作即可得到 64 位密钥。
A5 算法特点
- 密钥被延展到长长的密钥流中，密钥流用途类似于一次性密码本。
- A5 算法的基本思路是好的，它的效率非常高，能通过所有已知的统计测试。
- 已知的仅有的弱点是寄存器太短(密钥较短)而不能抗穷举攻击。
- 带较长寄存器和稠密反馈多项式的 A5 算法的变型是安全的。
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