輕量級(jí)分組密碼算法的實(shí)現(xiàn)及安全性分析.pdf

1、分組密碼是對(duì)稱(chēng)密碼學(xué)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容，其在數(shù)據(jù)加密、消息鑒別、電子簽名、消息認(rèn)證及密鑰管理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)已成為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一，正逐步深入到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域中。由于物聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算處理設(shè)備運(yùn)行環(huán)境受限，傳統(tǒng)的密碼算法不能很好解決該領(lǐng)域日益突出的數(shù)據(jù)安全隱患，用于保障信息安全的輕量級(jí)分組密碼算法的設(shè)計(jì)成為必需。輕量級(jí)分組密碼是在分組密碼研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變密碼算法中所使用的一些組件而設(shè)

2、計(jì)的用于保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)安全的一種密碼技術(shù)。這種算法的分組長(zhǎng)度比傳統(tǒng)密碼算法的短，而且其算法的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、資源消耗少、執(zhí)行效率高，適合在計(jì)算能力有限的微型計(jì)算設(shè)備使用。
　　差分故障攻擊是側(cè)信道攻擊的一種攻擊技術(shù)。在實(shí)際的應(yīng)用中，輕量級(jí)分組密碼算法的硬件載體可能在運(yùn)行的過(guò)程中受到電壓、高溫、輻射等的影響從而泄露某些中間狀態(tài)信息，攻擊者利用這些信息有可能恢復(fù)出密鑰的相關(guān)信息，甚至整個(gè)密鑰。差分故障攻擊憑借其易攻擊難防御、攻擊效率高

3、、計(jì)算量和存儲(chǔ)量低、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)以及潛在的發(fā)展前景等優(yōu)勢(shì)，已成為密碼分析和密碼工程領(lǐng)域用于檢測(cè)信息安全的最有效的密碼分析技術(shù)之一。
　　本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的輕量級(jí)分組密碼算法的軟件實(shí)現(xiàn)、性能分析以及安全性進(jìn)行研究。針對(duì)Midori算法提出有效的差分故障攻擊分析方法。Midori是由Banik等人在ASIACRYPT2015上提出的一種新型輕量級(jí)分組密碼，其分組長(zhǎng)度支持64比特和128比特兩種，分別稱(chēng)為Midori-64和Mido

4、ri-128。針對(duì)Midori-64的攻擊，采用面向半字節(jié)的隨機(jī)故障模型，分別在加密過(guò)程的倒數(shù)第二輪和倒數(shù)第三輪導(dǎo)入32個(gè)和16個(gè)故障，就可以24.42的時(shí)間復(fù)雜度恢復(fù)出原始密鑰，且每次實(shí)驗(yàn)所花費(fèi)的時(shí)間平均為28.4毫秒。針對(duì)Midori-128算法的攻擊，采用面向字節(jié)的隨機(jī)故障模型，分別在加密過(guò)程的倒數(shù)第二輪和第三輪導(dǎo)入16個(gè)和8個(gè)故障就可以22.42的時(shí)間復(fù)雜度恢復(fù)出原始密鑰，且每次實(shí)驗(yàn)所花費(fèi)的時(shí)間平均為16.9秒。本文采用的分析方

5、法，擴(kuò)大了故障導(dǎo)入的范圍，有效的降低了導(dǎo)入故障的次數(shù)，提高了故障攻擊的效率，為其他類(lèi)似結(jié)構(gòu)的算法的安全性分析提供了重要的參考價(jià)值，對(duì)保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)安全性具有重要的意義。
　　本文選取了LED、TWINE和GOST這三種結(jié)構(gòu)不同的典型輕量級(jí)分組密碼算法進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)并實(shí)施性能評(píng)估，并與傳統(tǒng)的分組密碼算法進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明輕量級(jí)分組密碼算法在保障物聯(lián)網(wǎng)安全的運(yùn)行效率及資源代價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)。本文的性能分析方法和結(jié)果，為新型輕量