轻量级分组密码的分析方法

收稿日期：2015-8-14 基金项目：衡阳师范学院科学基金 13A23。 作者简介：许琼方（1981.4-），女，硕士，讲师，研究方向：信息安全。
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轻量级分组密码的分析方法
第9期
2 常用的密码分析方法
总 571 期第 9 期 2015 年 9 月
河南科技 Journal of Henan Science and Technology
Vol.571，No.9 Sep，2015
轻量级分组密码的分析方法
许琼方
（衡阳师范学院计算机科学系，湖南 衡阳 421001）
摘 要：随着物联网的广泛应用，传统的加密算法由于计算复杂、能耗过高已不能适用于资源受限环境中的安
1 轻量级分组密码算法采用的基本结构
轻量级分组密码算法的结构通常沿用分组密码算法 的几种经典结构，但在具体设计时，采用轻量化的组件和 运算来实现。分组密码的整体结构是分组密码算法的一 个重要特征，使用什么结构不仅影响分组密码轮数的选 择，也影响分组密码的软件和硬件的实现效率。分组密 码 通 常 采 用 的 基 本 结 构 有 ：Feistel 结 构 、SP 结 构 和
Analysis Method for Lightweight Block Cipher
Xu Qiongfang
（Department of Computer Science, Hengyang Normal University, Hengyang Hunan 421001）
Abstract：With the wide application of the Internet of things, the traditional encryption algorithm cannot be applied to the secure application of resource constrained environment because of computational complexity and high energy consumption, the design of lightweight block cipher algorithm has become the research hot in the cryptography field in recent years. In this paper, the security analysis methods of the existing block cipher algorithm are summarized, and the security analysis methods of the existing algorithm methods has provided some methods and reference for ver⁃ ifying the correctness and security of the algorithm. Keywords：lightweight；block cipher；password analysis
过分析特定的明文差分以及相对应的密文差分之间的关 耗、电磁辐射、运行时间等）。主要的侧信道分析方法包括
系并对其进行统计来破解密钥，非线性部件和算法加密 计时攻击、能量分析、电磁分析、故障攻击和缓存攻击等。
的轮数对差分分析的影响较大，这也为算法设计者对算
2.5 代数分析
Lai-Massey 结构。 Feistel 结 构 一 般 将 明 文 分 为 若 干 位 一 组 ，每 组 分
为 左 右 相 等 的 两 部 分 ，进 行 多 轮 的 迭 代 运 算 ，每 次 迭 代 完 后 交 换 左 右 位 置 ，影 响 其 安 全 性 的 因 素 包 括 ：分 组 大 小 、密 钥 长 度 、轮 次 数 、子 密 钥 生 成 算 法 、轮 函 数 的 复 杂 度 。 Feistel 结 构 具 有“ 加 解 密 相 似 ”的 实 现 优 点，很多分组密码算法都采用了 Feistel 结构。另一类 常用的分组密码结构是基于 SP 网络结构设计。SP 网 络结构采用替代和置换的方法简单有效地遵循了香 农原则，替代操作通过 S 盒实现混淆，置换操作通过 P 盒 实 现 扩 散 。 扩 散 速 度 快 ，易 于 高 速 硬 件 实 现 这 些 特 点是 SP 结构相对于 Feistel 结构的优势，但在这种结构 下 ，对 分 组 密 码 算 法 的 模 块 有 要 求 ，通 常 密 码 算 法 要 求 在 加 密 的 基 础 上 解 密 也 易 于 实 现 ，这 需 要 对 相 应 的 子模块加以限制。
钥不可能差分分析和相关密钥矩形分析等。 2.4 侧信道分析
2.1 差分密码分析及其扩展方法
侧信道分析与传统密码分析方法相比，侧重于分析密
2.1.1 差分密码分析。是由 Biham 和 Shamir 提出的 码算法的数学性质，这一类分析方法通常基于密码算法实
一种基本的密码分析方法［1］，属于选择明文攻击类型，通 现时的物理特征来获取破译密钥的基本信息（如能量消
全应用，设计轻量级的分组密码算法成为近几年来密码学领域的研究热点。本法的安全性分析，对验证算法的正确性和安全性提供了一些方法以供参考。
关键词：轻量级；分组密码；密码分析
中图分类号：TP393
文献标识码：A
文章编号：1003-5168（2015）09-0027-2
随着物联网技术的不断发展，物联网环境下的数据 安全也对物联网技术提出了新的问题和挑战。物联网的 受限条件和应用环境，通常对密码算法的加解密速率、数 据存储空间、吞吐率、能耗等多方面都有很严格的限制， 传统的密码算法已不适用，越来越多的轻量级分组密码 算法被设计和实现。本文对一些常见的轻量级分组密码 的分析方法进行了研究。