轻量级分组密码ESF的设计与实现

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随着低能耗设备如RFID标签,传感器节点,智能卡,隐私权的保护等的发展,这些认为是数字信息社会的硬件和网络中的关键技术,然而这些具有有效资源的密码芯片在无线通信和嵌入式系统的安全性与效率执行方面非常关键。它已经被应用在我们生活的许多方面。轻量级密码研究已经成为一个热点,而且轻量级分组密码分析与设计研究已经吸引了很多的关注。事实上,这些技术的应用有一定的特性,如存储空间小,计算能力弱,特别是资源受限的环境等。然而,传统的算法如AES虽然很安全,但并不适合资源非常受限的环境。我们设计的轻量级加密算法正适合这样的环境。在本文中,我们提出新的轻量级密码算法ESF,用于物联网环境下保护RFID标签以及智能卡等设备的通信安全。ESF算法是一种具有变种的Feistel结构,应用了32轮迭代中间结构型,ESF的轮函数是使用的SPN(代换置换网络)结构。轻量级分组密码ESF算法的分组长度是64比特,密钥长度是80比特。我们在进行安全性分析时,采用了不可能差分密码分析方法来寻找轻量级分组密码ESF算法的不可能差分路径,给出ESF算法的一个8轮不可能差分区分器,前面加2轮,后面加1轮,用来攻击ESF算法的11轮。经验证此次攻击所需时间复杂度是275.5次11轮加密,实验结果表明ESF算法对不可能差分密码分析有足够的安全免疫力。ESF算法在硬件运行环境100KHz吞吐量为200Kbps、0.18μm技术中大约需要1300门电路,硬件实现具有高安全性和显著的紧凑性。软件环境通过计算机软件编程实现,具有高效性、计算机能力低、存储空间小等特点。仍有很多问题要在下一步的工作中深入研究:例如用不可能差分密码分析方法来攻击ESF算法的更多轮;采用其他的经典的密码分析方法来分析ESF算法;学习新的密码分析方法用来分析ESF算法的安全性等。
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