第1003章 组算法模块划分（1 / 2）

卷首语

1964 年 10 月，“73 式” 程序存储方案（磁芯存储器）确定后，算法团队面临新的技术挑战：37 阶矩阵加密逻辑涵盖明文处理、分组补零、矩阵变换、密钥生成、解密恢复等全流程，若直接进行代码固化，将导致程序结构混乱、维护困难，且难以适配硬件模块化设计。此时，将核心算法按 “功能独立、边界清晰” 原则拆分为 19 组模块，成为连接 “逻辑设计” 与 “代码落地” 的关键步骤。这场为期 1 个半月的模块划分工作，不仅让复杂的加密逻辑实现系统化拆解，更提升了代码的可测试性、可维护性与硬件适配性，为后续算法代码固化与硬件集成搭建了标准化的技术桥梁。

一、模块划分的背景与核心目标

37 阶矩阵加密逻辑通过初步测试后，李工团队在代码固化准备中发现：完整加密逻辑包含 28 个核心操作步骤（如明文校验、37 字节分组、随机补零、8 次矩阵变换等），若编写为单一程序，代码量将超 8Kb（磁芯存储器程序区容量），且调试时难以定位错误（如矩阵变换错误与补零错误无法区分），模块划分势在必行。

基于 “73 式” 研发需求与后续维护考量，团队明确模块划分三大目标：一是功能独立，每个模块仅负责单一核心功能（如 “矩阵变换模块” 仅执行 1-8 变换，不涉及密钥生成）；二是边界清晰，明确每个模块的输入输出参数（如 “密钥生成模块” 输入密钥种子，输出 128 位密钥，不接收其他模块数据）；三是适配硬件，模块规模需匹配磁芯存储器分区（单模块代码量≤512 字节，便于加载至程序存储区）。

模块划分工作由李工牵头（算法板块负责人），组建 5 人专项小组：李工（整体逻辑拆解，把控模块分类）、吴工（矩阵运算模块设计，熟悉变换流程）、陈工（分组与补零模块设计，负责输入处理）、郑工（密钥管理模块设计，参与密钥生成理论）、马工（异常处理与辅助模块设计，擅长测试逻辑），确保覆盖加密全流程。

划分周期规划为 1 个半月（1964.10.1-1964.11.15），分三阶段：第一阶段（10.1-10.10）拆解加密流程，初步拟定模块清单；第二阶段（10.11-10.31）明确模块功能与边界，绘制模块交互图；第三阶段（11.1-11.15）组织评审，优化模块划分，衔接后续代码编写。

划分启动前，团队梳理核心约束条件：模块总数控制在 19 组（基于流程步骤拆解与硬件适配测算，19 组可实现功能全覆盖且单模块规模适中）；模块交互需通过指定缓存区（磁芯存储器数据区，地址 0x4），现存于研发团队档案库，包含全流程图谱、步骤说明、功能归属标注，共 28 页，由李工、吴工共同绘制，是模块划分的核心流程依据。

档案中 “加密流程图谱” 采用流程图标准绘制：矩形框标注流程步骤（如 “步骤 3：37 字节分组”），箭头标注数据流向，旁注功能描述（“将预处理后的明文按 37 字节拆分，最后一组不足 37 字节时标记补零需求”），并标注该步骤拟归属的模块类别（“分组模块”），拆解逻辑可视化。

步骤说明页记录关键流程的细节：“步骤 5：矩阵变换” 说明为 “接收 37 字节分组向量，依次调用 1-8 矩阵进行乘法运算，每轮运算后执行模 256 处理，输出变换后向量至密钥整合阶段”，明确该步骤需拆分为 “矩阵变换执行”“模 256 运算”“矩阵调度” 3 个模块，为后续模块拆分提供依据。

档案中 “功能归属争议记录” 显示：针对 “密钥与矩阵变换的整合” 功能，团队曾讨论是否合并为 “加密整合模块”，最终决定拆分为 “密钥整合模块”（负责密钥与变换向量的逻辑结合）与 “加密输出控制模块”（负责整合后数据的格式转换与输出），争议解决依据为 “功能独立原则，整合与输出属于不同流程阶段”。

档案末尾 “初步模块清单” 列出 22 个候选模块，标注每个模块对应的流程步骤，如 “明文格式校验模块（步骤 1-1）”“分组执行模块（步骤 3-1）”，为后续优化为 19 组模块提供初始基础，档案有李工、陈工的签名，日期为 10 月 10 日。

四、19 组模块的具体分类与功能定义

基于流程拆解，团队通过合并同类功能、拆分过大模块，最终确定 19 组模块，按 “功能大类” 分为 7 类，每类模块功能独立、边界清晰，覆盖加密与解密全流程。

第一类 “输入处理类”（2 组）：1“明文格式校验模块”，功能为校验输入明文是否为 AScII 码，剔除非法字符（如非打印字符），输出合法明文片段，错误率≤0.001%；2“明文长度统计模块”，功能为统计合法明文总长度，计算分组数量（如 1%。

第七类 “异常处理类”（1 组）：1“算法异常处理模块”，功能为实时监测其他模块的运行状态（如明文格式错误、矩阵运算溢出、密钥求解失败），接收异常信号后，输出报警提示（如 LEd 指示灯或文字提示），并执行异常处理（如格式错误时暂停输入，溢出时重新运算），确保算法整体不崩溃，异常恢复率≥99.9%。

第八类 “辅助功能类”（2 组）：1“算法版本管理模块”，功能为存储当前算法模块的版本信息（如矩阵参数版本、密钥算法版本），输出版本号至外部接口，便于后续算法升级与版本追溯；2“运算日志记录模块”，功能为记录关键运算步骤的结果（如分组数量、密钥生成时间、异常事件），日志存储于磁芯存储器备份区，可查询近 72 小时记录，便于故障排查与维护。

19 组模块功能定义完成后，团队编制《19 组算法模块功能清单》，详细记录每个模块的输入参数（如 “明文格式校验模块” 输入为 “原始明文流”）、输出参数（如 “合法明文片段 + 错误标记”）、功能描述、关联模块（如 “明文格式校验模块” 关联 “明文长度统计模块”），确保模块间交互逻辑清晰。

六、历史补充与证据：模块功能清单档案

1964 年 10 月的《“73 式” 电子密码机 19 组算法模块功能清单档案》（档案号：L-1964-002），现存于军事通信技术档案馆，包含模块清单表、输入输出参数说明、关联关系图，共 45 页，由李工、郑工共同编制，是模块功能定义的核心凭证。

档案中 “模块清单表” 按类别排序，每一行记录模块名称、编号（如 “输入 - 01：明文格式校验模块”）、代码量估算（如 “约 384 字节”）、负责人（如 “陈工”）、功能摘要，例如 “矩阵 - 03：模 256 运算模块” 摘要为 “处理矩阵变换后超范围元素，执行模 256 运算，输出 0-255 标准化元素，适配硬件数据格式”。

输入输出参数说明页详细记录：“密钥 - 02：128 位密钥计算模块” 输入为 “密钥种子（128 位）、方程组参数（138x128）”，输出为 “128 位密钥（二进制）、密钥有效性标记（合法 \/ 非法）”，参数格式标注为 “密钥种子：十六进制，32 个字符；方程组参数：二进制，存储地址 0x2000-0x3FFF”，确保代码编写时参数格式统一。

关联关系图用箭头标注模块间的数据流：“明文格式校验模块”→“明文长度统计模块”（输出合法明文片段）；“明文长度统计模块”→“37 字节分组模块”（输出分组计数）；“37 字节分组模块”→“矩阵变换执行模块”（输出标准分组向量），直观展示模块交互路径，无循环依赖（如 A→b→c，无 c→A）。

档案末尾 “功能边界确认表” 记录每个模块的 “禁止功能”，如 “37 字节分组模块” 禁止 “补零操作”“格式校验”，仅允许 “分组拆分”；“密钥生成模块” 禁止 “矩阵运算”“明文处理”，确保功能边界不越位，表中有李工、吴工的签名，日期为 10 月 31 日。