3期
李玮等：物联网环境下LED轻量级密码算法的安全性分析437
状态逐列进行变换，通过与矩阵
分别为密文、错误密文、差分密文，K (Z：)16为原
始密钥，K，、K。 (z；)16为子密钥．
1
5
1
6
4
8
2
6
记MC一1为第r轮AddConstants运算的输入，
AC7为第r轮SubCells运算的输入，SC7为第r轮
ShiftRows运算的输入，SR7为第r轮Mix-Columns—
Serial运算的输入，其中，1Gr z．
B E
A
F
2
2
F B
相乘实现．
LED一64和LED一128的加密过程分别如算法1、
算法2所示，轮数z分别为32轮、48轮．
记AMC一1为第r轮AddConstants运算的差
分输入，△AC’为第r轮SubCells运算的差分输入，
ASC’为第r轮ShihRows运算的差分输入，ASR’
为第r轮MixColumnsSerial运算的差分输入，其
中，1 ，． Z．
算法1．LED一64加密过程．
输入：X，K
输出：y
S丁ATE—X：
for口=1 tO
8
do
记AddConstants一1、SubCells一1、ShiftRows一1
STATE=AddRoundKey(STA咂，K1)；
for 6—1 to 4 do
和MixColumnsSerial叫分别为AddConstants运
算、SubCells运算、ShihRows运算和MixColumns-
Serial运算的逆运算．
STATE—M[ixColumnsSerial(ShiftLROWS
(SubCells(A。ddConstants(STA丁E))))；
end for
此外，第r轮SubCells运算的差分输入和差分
输出满足
end for
y—AddRoundKey(STATE，K1)．
JN(△ACi，ASCi)一{ACiIAC； Z；，
算法2． LED一128加密过程．
输入：X，K
S(AC；)oS(ACi④△ACi)一ASCi，
0 i 15，1 r Z}，
输出：y
其中，S表示4× 4的S盒变换．
S丁ATE—X：
for口一1 to 6 do
4．2基本假设和故障模型
STATE—AddRoundKey(STATE，K1)；
本文采用的差分故障攻击的基本假设为：对同
一个明文，我们可以获得在同一个密钥作用下的正
确密文和错误密文．
for 6—1 tO 4
do
STATE—MixColumnsSerial(ShiftR',ows(SuhC‘ells
(Ac|dConstants(STATE))))；
end for
LED算法采用半字节为基本单位的运算，因此，
我们采用面向半字节的随机故障模型，诱发加密算
法中单轮运算存储的单元发生4bit的随机错误，而
且无需知道具体错误位置和错误值．在本节中，单轮
运算的轮数指LED一64算法中的倒数第3轮，或
STATE—AddRoundKey(STATE，K2)；
for 6—1 to 4 do
S丁ATE—MixColumnsSerial(ShiftR：ows(SubCells
(AddC；onstants(STATE))))；
end for
LED一128算法中的倒数第3轮和倒数第7轮．
4．3基本步骤
end for
y—AddRoundKey(SZATE，K1)．
1．选择任一明文进行加密，获得该明文对应的正确密文．
2．当LED算法的加密过程运行到倒数第3轮运算时，
在此轮进行故障诱导，并获得错误密文．结合差分分析，能够
恢复出该轮子密钥的部分信息；重复这一环节，直至完全恢
复出子密钥K，．如果原始密钥为64bit，转向步4；否则，转向
步3．
3．3密钥编排方案
在LED一64算法中，K通过密钥编排方案生成
了K。，它们的关系为
K=K，．
在LED一128算法中，K通过密钥编排方案生
成了K。和K。，它们的关系为
K—Kl|I K。．
3．选择相同明文和原始密钥再次进行加密，当加密过
程运行到倒数第7轮时，对此轮进行随机故障诱导，从而获
得错误密文．然后，利用步2中已经恢复出的子密钥K。，对
最后4轮进行解密；由解密得到的中间值，结合差分分析，恢
复出该轮子密钥的部分字节信息；重复这一过程，直至完全
恢复出子密钥K：．
4
LED密码的差分故障攻击方法
4．1基本记号和符号
记X (z：)16为明文输入，y、y+、△y (Z；)16
4．使用已经恢复出子密钥，根据密钥编排方案，计算出
万方数据
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