輕量級分組密碼算法的實現(xiàn)及安全性分析.pdf

1、分組密碼是對稱密碼學(xué)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容，其在數(shù)據(jù)加密、消息鑒別、電子簽名、消息認(rèn)證及密鑰管理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來，物聯(lián)網(wǎng)已成為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點之一，正逐步深入到人們生活的各個領(lǐng)域中。由于物聯(lián)網(wǎng)上的計算處理設(shè)備運行環(huán)境受限，傳統(tǒng)的密碼算法不能很好解決該領(lǐng)域日益突出的數(shù)據(jù)安全隱患，用于保障信息安全的輕量級分組密碼算法的設(shè)計成為必需。輕量級分組密碼是在分組密碼研究的基礎(chǔ)上，通過改變密碼算法中所使用的一些組件而設(shè)

2、計的用于保護物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)安全的一種密碼技術(shù)。這種算法的分組長度比傳統(tǒng)密碼算法的短，而且其算法的結(jié)構(gòu)相對簡單、資源消耗少、執(zhí)行效率高，適合在計算能力有限的微型計算設(shè)備使用。
　　差分故障攻擊是側(cè)信道攻擊的一種攻擊技術(shù)。在實際的應(yīng)用中，輕量級分組密碼算法的硬件載體可能在運行的過程中受到電壓、高溫、輻射等的影響從而泄露某些中間狀態(tài)信息，攻擊者利用這些信息有可能恢復(fù)出密鑰的相關(guān)信息，甚至整個密鑰。差分故障攻擊憑借其易攻擊難防御、攻擊效率高

3、、計算量和存儲量低、易于實現(xiàn)等特點以及潛在的發(fā)展前景等優(yōu)勢，已成為密碼分析和密碼工程領(lǐng)域用于檢測信息安全的最有效的密碼分析技術(shù)之一。
　　本文對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的輕量級分組密碼算法的軟件實現(xiàn)、性能分析以及安全性進行研究。針對Midori算法提出有效的差分故障攻擊分析方法。Midori是由Banik等人在ASIACRYPT2015上提出的一種新型輕量級分組密碼，其分組長度支持64比特和128比特兩種，分別稱為Midori-64和Mido

4、ri-128。針對Midori-64的攻擊，采用面向半字節(jié)的隨機故障模型，分別在加密過程的倒數(shù)第二輪和倒數(shù)第三輪導(dǎo)入32個和16個故障，就可以24.42的時間復(fù)雜度恢復(fù)出原始密鑰，且每次實驗所花費的時間平均為28.4毫秒。針對Midori-128算法的攻擊，采用面向字節(jié)的隨機故障模型，分別在加密過程的倒數(shù)第二輪和第三輪導(dǎo)入16個和8個故障就可以22.42的時間復(fù)雜度恢復(fù)出原始密鑰，且每次實驗所花費的時間平均為16.9秒。本文采用的分析方

5、法，擴大了故障導(dǎo)入的范圍，有效的降低了導(dǎo)入故障的次數(shù)，提高了故障攻擊的效率，為其他類似結(jié)構(gòu)的算法的安全性分析提供了重要的參考價值，對保護物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)安全性具有重要的意義。
　　本文選取了LED、TWINE和GOST這三種結(jié)構(gòu)不同的典型輕量級分組密碼算法進行了測試實驗并實施性能評估，并與傳統(tǒng)的分組密碼算法進行比較，實驗結(jié)果表明輕量級分組密碼算法在保障物聯(lián)網(wǎng)安全的運行效率及資源代價方面的優(yōu)勢。本文的性能分析方法和結(jié)果，為新型輕量