基于半张量积的轻量级NFSR的分析与设计

In recent years, there has been a wide-spread deployment of battery-powered and passive devices such as RFID tags, systems with very strong limitations on area, cost and power budgets. Because of this reason there is a growing interest in lightweight cryptography, a discipline that tries to develop cryptographic solutions for systems with very tight cost, area and power constraints. The importance of lightweight cryptography is forecasted to continue growing in the future, with lightweight systems becoming more ubiquitous and more common in sensitive applications. In this project， we analyse and solve several problems related to lightweight NFSR. First, we study effcient implementations and state space description of lightweight NFSR. Second we focus on the cycle of Grain like structure. Finally,in order to minimize the costs, we study the optimizing circuit design of lightweight NFSR.

随着物联网和移动通讯技术的发展，各种便携式设备已经广泛应用于工业领域和人们的日常生活。这些设备在带来方便的同时，也带来了信息的泄露、篡改等安全风险。为了维护这些设备上的信息安全，轻量级密码技术应运而生。近年来，NFSR器件逐渐成轻量级密码设计的重要组件。本项目以半张量积作为工具，首先研究轻量级NFSR器件的设计问题;其次有输入情况下NFSR的状态变化情况,进而分析NFSR串联结构的圈结构问题;最后构建基于半张量积的NFSR电路优化设计方法，实现电路的优化设计。

近年来，随着大批物联网系统相继投入使用，物联网上运行的数据面临着监听、篡改等安全威胁日益严重。轻量级密码技术能够确保物联网上数据的安全性与保密性。该项目的研究工作主要围绕高速且能耗受限情况下加密器件、大量数据处理和保密通讯三方面展开，运用聚类分析、半张量积、保密通讯算法等理论，建立了轻量级 NFSR 状态描述的模型、基于强化学习的大数据分析智能调度算法、给出了超长距离保密通信的明、暗孤子解析表达式形式。在此基础上，综合运用数据分析、机器学习、博弈理论等相关理论和方法，改进了数据筛选及相关应用服务的安全性能。通过数值仿真和公开数据集测试，验证了该成果的有效性、正确性。该研究成果不仅完善了NFSR分析与设计的理论，还为实际中物联网环境下的数据保密通讯提供了理论指导和技术支持，具有重要的理论意义和应用价值。研究团队已经发表 SCI 收录的期刊论文13篇。主要成果有以下三方面：1.提出轻量级密码器件的分析与设计的一般性方法，研究典型算法的周期问题、分析圈结构，为高速通讯环境下密码器件的安全性分析提供理论支持。2.项目建立面向多重抑制节点数据处理与关键信息提取的算法和模型，提出了大规模无线网络应用中大量数据、高实时性要求的具体解决方案。3.给出了超长距离保密通信的明、暗孤子解析表达式形式，并分析了当超长距离保密通信系统中受到(随机/非随机)外力扰动时的扰动对孤子的影响。