轻量级分组密码算法研究

近年来随着无线传感器网络和射频标签技术的不断发展，普适计算的思想得到了业界的广泛关注，其安全性也日益得到重视。但从其硬件平台的计算、存储和能量上来看，直接采用现有广泛应用的对称密码学算法(如AES，SHA-1)仍然受到非常大的限制。由于分组加密算法不但可以实现数据保密功能，还可以用来构造相应的哈希函数和消息认证码。基于上述原因，研究与分析在资源受限环境下安全高效的轻量级分组密码算法，成为了近年来对称密码学界和工业界的热点研究课题之一。.本课题将从理论分析和算法实现两方面对轻量级分组密码的分析与设计做深入研究，探讨算法在理论与实践上所需要重视的安全与性能问题。针对近年来公开的基于不同构造的轻量级分组密码算法，通过差分、积分和密钥相关等密码学分析方法提出新的安全结论，在算法实现上探索基于秘密分享的方式来抵抗能量差分攻击。在此基础上归纳基于不同构造的轻量级分组密码算法的设计原理和理论准则。

由于在物联网信息安全中的重要作用，轻量级分组密码算法成为了近年来对称密码学界和工业界的热点研究课题之一。在本课题中，项目组主要从理论分析和算法实现两方面对轻量级分组密码的分析与设计进行了深入研究。我们首先基于Boomerang差分，Biclique和相关密钥等密码学分析方法，针对近年来公开的基于不同构造的轻量级分组密码算法（例如PRESENT、Hummingbird和LBlock等），给出了新的密码学分析结果。在算法实现上，我们分别基于秘密分享和Bitslicing的方式，给出了轻量级分组密码算法KLEIN的抵抗能量差分攻击和抵抗timing攻击的具体实现。此外，在基于轻量级分组密码算法构造哈希函数和消息认证码等扩展应用方向上，我们也通过白盒不可区分性和Ideal Cipher Model，给出了基于分组密码构造快速高效哈希函数的理论分析结果。..总之，本项目为受限环境下的轻量级分组密码算法及其相关应用提供了理论支持和设计范例。相关研究成果可做为相关领域进一步学术研究的理论基础，对工业界选择算法和具体实现也具有参考价值。