物聯(lián)網(wǎng)中輕量級(jí)對(duì)稱密碼算法的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)成為新一代信息化浪潮的典型代表。然而，使用傳統(tǒng)對(duì)稱密碼算法解決物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域日益突出的數(shù)據(jù)安全問題遇到了困難，其主要原因是物聯(lián)網(wǎng)上使用的應(yīng)用組件不同于傳統(tǒng)的臺(tái)式機(jī)和高性能計(jì)算機(jī)，它采用計(jì)算能力相對(duì)較弱的微型計(jì)算處理設(shè)備，而這類設(shè)備的運(yùn)算存儲(chǔ)能力有限。在這種情況下，輕量級(jí)對(duì)稱密碼算法受到人們的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)對(duì)稱密碼算法相比，輕量級(jí)對(duì)稱密碼算法的計(jì)算資源消耗少，適合應(yīng)用于計(jì)算能力有限的微型計(jì)算設(shè)備如RFID標(biāo)簽等

2、。本文致力于輕量級(jí)對(duì)稱密碼算法的研究與設(shè)計(jì)，以三種廣義對(duì)稱密碼(分組密碼、Hash函數(shù)和流密碼)的基本原理為研究背景，以密碼設(shè)計(jì)為研究重點(diǎn)，以密碼分析為支撐，結(jié)合輕量級(jí)的環(huán)境需求，并運(yùn)用輕量級(jí)對(duì)稱密碼的設(shè)計(jì)技巧，主要從以下三個(gè)方面展開了研究：
　　(1)設(shè)計(jì)了基于雙偽隨機(jī)變換的輕量級(jí)分組密碼算法VH和VHF，分別采用SPS結(jié)構(gòu)和Feistel結(jié)構(gòu)。VH的分組長(zhǎng)度為64比特，支持長(zhǎng)度為64、80、96、112和128比特的密鑰；VH

3、F的分組長(zhǎng)度為128比特，密鑰長(zhǎng)度為80和128比特。VH和VHF的安全評(píng)估結(jié)果表明，它們對(duì)已知的攻擊實(shí)現(xiàn)足夠的安全性，如差分分析、線性分析和不可能差分分析。與現(xiàn)有的輕量級(jí)分組密碼進(jìn)行對(duì)比，VH和VHF的軟硬件效率都高于同為面向8位平臺(tái)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CLEFIA。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種輕量級(jí)Hash函數(shù)HVH，采用Sponge迭代結(jié)構(gòu)，壓縮函數(shù)采用VH型算法。為了用于不同的受限環(huán)境和安全級(jí)別，HVH提供了5種不同長(zhǎng)度的消息摘要。通過對(duì)

4、HVH族Hash函數(shù)進(jìn)行軟硬件效率測(cè)試分析，結(jié)果表明HVH-88的軟件效率為1.47Mb/s，效率是同樣應(yīng)用于RFID環(huán)境的SPONGENT-88的10倍，HVH-88硬件實(shí)現(xiàn)需要1129GE，與SPONGENT-88的1127GE硬件實(shí)現(xiàn)相當(dāng)。線性分析、差分分析、不可能差分分析以及抗原像、抗第二原像和抗碰撞分析表明，HVH滿足輕量級(jí)密碼的安全需求。
　　(3)設(shè)計(jì)了輕量級(jí)流密碼VHFO和VHFC，分別采用分組密碼的OFB和CTR