在通信和计算机科技的日新月异的发展的今天，用户对信息的数据存储、数据处理和数据传输的安全需求越来越迫切，而现代密码学是解决安全问题的最有效的方式。分组密码作为密码学中的一大重要分支，在对大量数据加密的应用中扮演着举足轻重、不可替代的作用。高级加密标准算法AES具有可靠的安全性和高效的执行效率，它以硬件、软件等不同的实现方式广泛应用在个人通信、电子支付、数据库加密等诸多领域。但是AES实现规模相对较大，不适合应用在某些资源极端受限的应用环境，如电子标签(RFID)或无线传感器网络(WSN)中，因此如何设计一种好的轻量级分组密码就变得非常重要了。本文致力于轻量级分组密码的组件设计与分析，以AES算法的设计原理作为主要参考依据，结合了当前流行的超轻量级分组密码算法PRESENT，并运用现代分组密码设计过程中用到的技巧，给出了设计方案，具体研究成果如下：1．改进了PRESENT算法的置换层，该结构的置换层具有自反性和高度对称的结构。采用新置换层的PRESENT算法，在硬件实现和软件实现方面，规模都比以前更小。并通过输入比特和输出比特之间的相关性，论证了改进后PRESENT算法具有足够的安全性。2．设计了一种新的基于有限域上的数学函数的4bit-S盒，它采用了具有自反性质的幂函数作为核心部件，采用包含对称矩阵的线性仿射来增加代数复杂性，结构十分紧凑，只需要稍加修改就可以变成逆S盒。给出了S盒的逻辑电路结构，评估了硬件规模，并且证明了S盒具有很强的安全性指标。3．提出了一种构造完全雪崩效应随机S盒的几何化方法，为设计更好的“人工选择S盒”提供了新颖而有效的途径。证明了自反结构的4bit-S盒不存在完全雪崩效应。最后指出了将本文设计的置换层和S盒相结合会出现安全上的缺陷。