發(fā)布時間：2017-03-20 06:07

  本文關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)中輕量級對稱密碼算法的研究與設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著信息技術的高速發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)成為新一代信息化浪潮的典型代表。然而,使用傳統(tǒng)對稱密碼算法解決物聯(lián)網(wǎng)領域日益突出的數(shù)據(jù)安全問題遇到了困難,其主要原因是物聯(lián)網(wǎng)上使用的應用組件不同于傳統(tǒng)的臺式機和高性能計算機,它采用計算能力相對較弱的微型計算處理設備,而這類設備的運算存儲能力有限。在這種情況下,輕量級對稱密碼算法受到人們的廣泛關注。與傳統(tǒng)對稱密碼算法相比,輕量級對稱密碼算法的計算資源消耗少,適合應用于計算能力有限的微型計算設備如RFID標簽等。本文致力于輕量級對稱密碼算法的研究與設計,以三種廣義對稱密碼(分組密碼、Hash函數(shù)和流密碼)的基本原理為研究背景,以密碼設計為研究重點,以密碼分析為支撐,結合輕量級的環(huán)境需求,并運用輕量級對稱密碼的設計技巧,主要從以下三個方面展開了研究:(1)設計了基于雙偽隨機變換的輕量級分組密碼算法VH和VHF,分別采用SPS結構和Feistel結構。VH的分組長度為64比特,支持長度為64、80、96、112和128比特的密鑰;VHF的分組長度為128比特,密鑰長度為80和128比特。VH和VHF的安全評估結果表明,它們對已知的攻擊實現(xiàn)足夠的安全性,如差分分析、線性分析和不可能差分分析。與現(xiàn)有的輕量級分組密碼進行對比,VH和VHF的軟硬件效率都高于同為面向8位平臺的國際標準CLEFIA。(2)設計了一種輕量級Hash函數(shù)HVH,采用Sponge迭代結構,壓縮函數(shù)采用VH型算法。為了用于不同的受限環(huán)境和安全級別,HVH提供了5種不同長度的消息摘要。通過對HVH族Hash函數(shù)進行軟硬件效率測試分析,結果表明HVH-88的軟件效率為1.47Mb/s,效率是同樣應用于RFID環(huán)境的SPONGENT-88的10倍,HVH-88硬件實現(xiàn)需要1129GE,與SPONGENT-88的1127GE硬件實現(xiàn)相當。線性分析、差分分析、不可能差分分析以及抗原像、抗第二原像和抗碰撞分析表明,HVH滿足輕量級密碼的安全需求。(3)設計了輕量級流密碼VHFO和VHFC,分別采用分組密碼的OFB和CTR工作模式構造密鑰流。VHFO和VHFC的初始向量長度為128比特,密鑰流塊的長度為128比特。VHFO和VHFC的安全評估結果表明,它們對已知的攻擊實現(xiàn)足夠的安全性。與現(xiàn)有的輕量級流密碼進行對比,VHFO和VHFC的軟硬件效率都高于輕量級流密碼WG-7。
【關鍵詞】：輕量級分組密碼 輕量級Hash函數(shù) 輕量級流密碼 偽隨機變換 Sponge結構 OFB工作模式 CTR工作模式 密碼分析
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.44;TN929.5;TN918.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-13
• 注釋表13-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.1 輕量級分組密碼算法的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 輕量級Hash函數(shù)的研究現(xiàn)狀17
• 1.2.3 輕量級流密碼算法的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本文內容與組織結構18-21
• 1.3.1 本文主要研究內容18
• 1.3.2 本文的組織結構18-21
• 第二章 輕量級密碼的理論與技術簡介21-37
• 2.1 輕量級分組密碼的理論與技術21-25
• 2.1.1 設計原理與結構21-23
• 2.1.2 幾種輕量級分組密碼算法簡介23-25
• 2.2 輕量級Hash函數(shù)的理論與技術25-29
• 2.2.1 迭代結構與壓縮函數(shù)25-26
• 2.2.2 幾種輕量級Hash函數(shù)簡介26-29
• 2.3 輕量級流密碼的理論與技術29-34
• 2.3.1 基本原理與構造方法29-31
• 2.3.2 幾種輕量級流密碼算法簡介31-34
• 2.4 輕量級密碼算法的評估要素34-35
• 2.4.1 硬件實現(xiàn)與軟件效率34
• 2.4.2 安全性分析34-35
• 2.5 本章小結35-37
• 第三章 輕量級分組密碼VH和VHF算法的設計與分析37-54
• 3.1 VH算法的設計與分析37-45
• 3.1.1 設計原則及整體結構38-39
• 3.1.2 加密變換表S[256]和解密變換表S~(-1)[256]39
• 3.1.3 置換函數(shù)39-40
• 3.1.4 密鑰編排40
• 3.1.5 加密過程40-41
• 3.1.6 解密過程41-42
• 3.1.7 性能分析42-45
• 3.2 VHF算法的設計與分析45-50
• 3.2.1 設計原則及整體結構45-46
• 3.2.2 輪函數(shù)46-47
• 3.2.3 密鑰擴展47
• 3.2.4 加密過程47-48
• 3.2.5 性能分析48-50
• 3.3 VH和VHF算法的安全性分析50-52
• 3.3.1 差分分析50
• 3.3.2 線性分析50-51
• 3.3.3 不可能差分分析51-52
• 3.4 本章小結52-54
• 第四章 輕量級Hash函數(shù)HVH的設計與分析54-67
• 4.1 HVH函數(shù)的設計方法54-60
• 4.1.1 迭代結構55-58
• 4.1.2 壓縮函數(shù)58
• 4.1.3 HVH的設計58-60
• 4.2 HVH函數(shù)的性能分析60-64
• 4.2.1 硬件實現(xiàn)60-63
• 4.2.2 軟件效率63-64
• 4.3 HVH函數(shù)的安全性分析64-66
• 4.3.1 差分分析和線性分析64-65
• 4.3.2 不可能差分分析65
• 4.3.3 抗原像、第二原像及碰撞分析65-66
• 4.4 本章小結66-67
• 第五章 輕量級流密碼VHFO和VHFC算法的設計與分析67-77
• 5.1 VHFO和VHFC的設計方法68-71
• 5.1.1 密鑰流生成器KG69-70
• 5.1.2 VHFO算法70-71
• 5.1.3 VHFC算法71
• 5.2 VHFO和VHFC算法的性能分析71-75
• 5.2.1 硬件實現(xiàn)71-73
• 5.2.2 軟件效率73-75
• 5.3 VHFO和VHFC算法的安全性分析75-76
• 5.3.1 差分分析和線性分析75-76
• 5.3.2 不可能差分分析76
• 5.4 本章小結76-77
• 第六章 總結與展望77-79
• 6.1 本文工作總結77-78
• 6.2 進一步的研究工作78-79
• 參考文獻79-85
• 致謝85-86
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文86-87

  本文關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)中輕量級對稱密碼算法的研究與設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：257282