推荐星级：

面向数字型的轻量级保形加密算法研究

更新时间：2019-12-11 20:07:10 大小：1M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：加密算法 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

物联网的大规模普及应用引发了诸多安全和隐私问题.轻量级加密是资源受限环境下物联网设备保证数据机密性的主要手段,然而直接应用轻量级分组密码加密会因为编码序列的混淆扩散使密文格式发生巨大变化,在表现形式和格式上与明文不一致,需要额外的存储、计算、回显资源.轻量级保形加密算法可以在实现机密性的同时,保持密文数据与明文数据在格式上具有一致性,在物联网领域具有更大的优势.针对现有保形加密算法存在实现效率不高、资源消耗较大及不能加密较长数字型数据的问题,提出一种面向数字型的轻量级保形加密算法.首先利用轻量级分组密码算法构造数字型置换表,数字型明文与轻量级分组密码的加密密钥进行一一对应相加、取模10操作,再利用数字型置换表进行置换加密操作,得到数字型密文数据.算法实现了对任何长度数字型数据加密前后的格式不改变,分析表明该算法在效率、安全性方面与原轻量级分组密码算法保持一致.同时,实验结果表明:相比传统的保形加密算法,该算法具有高安全、高效、低资源,适用于资源受限环境下物联网设备的数据加密存储及数据遮蔽.

部分文件列表

文件名	大小
面向数字型的轻量级保形加密算法研究.pdf	1M

立即下载

【关注视频号领20积分】【关注公众号立即送20积分】

部分页面预览

（完整内容请下载后查看）

算机研究与展DOI：10．7544／issnl000— 1239．2019．20180745

and

Research

56(7)：1488— 1497，2019

Journal

Computer

Development

面向数字型的量保形加密算法研究

刘波涛1’2’3

彭

根h ^2’3吴睿雪1’3

丁孔4

550025)

明明3

(

州大学算机科学与技学院

阳

2(中国子科技集大数据研究院有限公司

阳550081)

550025)

阳

3(公共大数据国家重点

4( 大学信息学院

室( 州大学)

550025)

阳

州

(．com)

to Number

Oriented

Lightweight Format— Preserving Encryption Algorithm

Xie

Liu

Changgenl’2⋯ 。Wu Ruixuel～，Ding Hongfa3一，and

Mingmin93

Bota01'2～。Peng

and

550025)

Technology。Guizhou University，Guiyang

Science

1(College of Cornputer

550081)

Data Research Institute Co．，Ltd．，China Electronic

Technology Group Corporation Ltd．，Guiyang

2(Big

550025)

3(State

Public

Data(Guizhou

Big University)，Guiyang

Key Laboratory of

Finance and Econom

has been

550025)

ics，Guiyang

4(College of Information，Guizhou University of

and

Abstract The Internet of

widespread

large— scale applied，arises

things(IoT)，which

is an

measurement for

important

more and more

and

issues．Lightweight encryption

security

privacy

where the

and

resources are

the format of

for devices of loT，in

energy

change

confidentiality

computing，storage

block

ensuring

shallow

will

cipher

limited．However，the

always

application

lightweight

make the

due to confusion and diffusion

changes

operations．These

ciphertext

storage，

ciphertext tremendously

inconsistent with

form and

lead tO

format，and

extra

expressive

require

plaintext

and

can

encryption algorithm

and

between

ciphertext

computation

redisplay resources．Lightweight format— preserving

data

while the format

maintaining

plaintext，and

confidentiality

consistency

at the

that the traditional

these features benefit to loT

problems

format— preserving

greatly．Aiming

resources，and cannot

encrypt

encryption algorithm performs inefficiently，consumes many

length

proposed

numeric data，a

oriented tO number

format— preserving encryption algorithm

lightweight

this

numeric

table is constructed

typed permutation

block

cipher

work．Firstly，a

by using lightweight

is added to the

block in one— to— one

cipher

the numerical

algorithm；then

plaintext

key

lightweight

the

modulo

last，

correspondence，and

operation

performed；

replacement cryptographic

the numeric

the

to obtain the numerical

operation

performed

table．The

ciphertext by using

proposed

typed

the

for

numerical data with

any

arbitrary

format

replacement

proposed algorithm preserves

收稿日期： 2018 11— 05；修回日期：2019-02— 18

基金目：国家自然科学基金目(U1836205，61662009，61772008)；州省科技

字[201813007，黔科合重大字[201713002，黔科合基 [2017]1045，黔科合支撑[2016]231

用湖南省重点室开放基金目(IIPAl8K02)

This work was

划

目(黔科合重大

字EB018]3001，黔科合重大

5)：衡阳范学院智能信息理与

the National Natural Science Foundation of China(U1836205，61662009，61772008)，the Science and

supported by

Contact—

Foundation

Guizhou Province(Guizhou— Science— Contact— Major— Program[2018]3001，Guizhou— Science

Technology

Science— Contact

7]3002，Guizhou Science— Contact

Foundation[201 7]

Major— Program[2018]3007，Guizhou

Major Program[201

the

Fund

of Hunan Provincial

Open

Project

Key Laboratory

1045，Guizhou— Science— Contact— Support[2016]2315)，and

Application ^forHengyang

Information and Normal

Intelligent

Processing

University(IIPAl8K02)．

通信作者：

彭

根(peng stud@163．corn)

万方数据

刘波涛等：面向数字型的

量

保形加密算法研究

1489

it’S also consistent with the

block

cipher

in terms of

and

efficiency

length，and

security．By

original lightweight

with traditional

result shows

comparing

format— preserving encryption，the experimental

that the

is more

efficient and more

lowly

proposed algorithm

lower resource—

security，more

and data

is suitable for secure

of numerical data in resource-constrained

marking

consuming．It

storage

environment devices of IoT．

words

block

things

Key

lightweight

marking

data；Internet

cipher；format— preserving encryption；numeric

(IoT)；data

摘要物网的大模普及用引

了

多安全和

私

．

量

加密是源受限境下物

网

保

数据机密性的主要手段，然而直接

用

量

分

密

加密会因

序列的混淆散使密文

格式生巨大化，在表形式和格式上与明文不一致，需要外的存

加密算法可以在机密性的同，保持密文数据与明文数据在格式上具有一致性，在物

更大的有保形加密算法存在效率不高、源消耗大及不能加密

，提出一种面向数字型的保形加密算法．首先利用算法构造数字型置表，数

字型明文与相加、取模10操作，再利用数字型置行置

加密操作，得到数字型密文数据．算法任何度数字型数据加密前后的格式不改，分析表

算法在效率、安全性方面与原算法保持一致．同果表明：相比的保形

的数据加密存及数据

、

算、回

源．

量

保形

网

域具有

．

数字型数据的

量

分

密

量

分

密

的加密密

行一一

了

表

明

量

分

密

，

加密算法，算法具有高安全、高效、低源，适用于源受限境下物

网

遮蔽．

关

中

量

分

密；保形加密；数字型数据；物网；数据遮蔽

法分号TP309

信息化代，数字数据在生活当中是无不在，

型与方法，并且也是首次出了其安全性，所提出其

中包括3种型的算法：Prefix型算法，Cycle—

Walking型算法和Generalized— Feistel型算法，其在

例如身份号、手机号、信用卡号及客号等都是数

字重要的用，而些数据是包含了个人身份

信息以及商

机密等，了防止存在物

些有价的数字数据被意攻者窃

取利用，是需要行加密理来

由于物自身存在算能力弱及存

非常有限的特点[1]，而的数字型数

据利用 (例如PRESENTE幻密

SKINNY[3]密、SFNE4]密等)直接加密保，得

网

一定程度上解决了整数上的FPE

．随后，

端

中

Bellare等人[8]基于Cycle— Walking型算法行了拓

展，提出了一种基于非平衡Feistel网的整数FPE

算法；Jia等人[9]基于Generalized— Feistel型算法，提

其

防．

网

端

空

端

Feistel网的整数FPE算

出了一种基于Type一2

量

分

密

、

法；Bellare等人[10]在CCS 2017上提出了基于身份

的保型加密算法．于保形加密算法安全性分析而

言，Bellare等人[11]在CCS 2016上提出基于Feistel

到加密后的密文数据型与

度

生

化，

些

，从

，采

数据的构改

致数据无法存回

端

网

的保形加密算法的消息恢复攻，Durak等

人[12]在CRYPTO 2017上 FF3保形加密算法

3]在CRYPTO 2018上提出

而造成外的成本开

与

失．了解决

用保形加密(format-preserving encryption，FPE)

数据加密保，加密后的密文与明文具有相

行攻；Hoang等人[1

基于Feistel网的保形加密算法的已知明文消息

恢复攻；在用中，Zou等人[14] 将Prefix

型保形加密算法行加密保中文名字等．

有的保形加密算法中存在效率不高、

大的，而的Prefix型保形加密算法相

比其他的Cycle— Walking型和Generalized—

Feistel型保形加密算法操作数据加解

行

同的数据格式，从而不需要破坏

端

数据存

构‘5。．

保形加密是一新型、特殊的加密技，广泛

用于数据遮蔽域，其相关的研究一直受密

学

源

者的关注．从1981年就开始行探索研究[6]，到

2002年，由Black和Rogaway[7]提出FPE的基本模

程

，

万方数据

算机研究与展2019，56(7)

密操作速度快，是一个良好的保形加密算法．但

是

的Prefix型保形算法也有2方面的不足：

的高加密准(advanced encryption

1)利用

standard，AES)D

s3分

建算法，从而造成置表的建立会耗大量

硬件源，无法适用于物

整型字段的加密理，从而无法很好地

数字型数据的加密；且在整型字段数据

方法也只能理消息空整数集小的数据，

用的信用卡号、、身份号及各种

密

算法作

置

表的构

与

网

端

．2)主要是

行

，

常

等

号

的数字型数据不能很好保形加密理．并且

国内外尚未

公开表有关物

网

量

端数据

保形加密算法研究成果．

The

of PRESENT

process

encryption

Fig．1

本文提出一种面向数字型的

保形加密算

PRESENT加密流程

法，先通

要加密数字型明文与

行一一相加、取模10操作，再行数字型置

表置加密操作，得到数字型密文数据．算法做到

了保持加密前后的数据格式不改了数据遮

蔽，并且任何度的数字型数据，行高效、安全

的加密保省了的开与硬件

数据存的安全，无

量

分

密

算法构造数字型置表，

密

加

量

分

密

的加密密

密

加

是state与心一一异或运算操作：

14一F24，state· --stateOrk 2，(1≤ i≤ 32)．(1)

2)S盒

S盒

，

是将state划分 16个4 b数据，每

一个4×4的S盒替运算．

b数据

，

件

的

F!一F

成本，于保

疑具有重要意

物

网

端

2，state』[3=(】]一S(state儿30])，

(0≤ i≤ 15)．

(2)

．

3)P置

P置

是state 行每1 b移位运算操作，

PRESENT密

置

的各比特通公式置 (b代表每1 b)，

操

作在硬件

程不需要消耗源：

在2007年PRESENT 量分密是由国

加密硬件与嵌人式系

了IOS-29192 准．在

国

量

会

分

上被提出的，成

中，PRESENT

高效的、

所模

b，一6小J，

b，+】6-6 4×r+】，

密

“～

⋯ 1

(3)

密

低

的提出是一个里程碑性研究，

点已被其后很多

密

b，+32+6

4xj+2，

源

量

分

密

b，+。8*-b 4。，+3，(O≤ J≤ 15)．

仿与采用，例如GIFT密 [161与RECTANGLE密

‘"]，其S盒有良好的密特性，LED[181与QTLEl9]

等多个密采用 S盒．

函数构如 2所示．

密

展函数具体描述 (以80 b密

例)：

1)循移位

移位

PRESENT密的分

度是64 b，密

度

b：

循

是k 行向左循移61

’

有80 b和128 b两种，加密

需要31 迭代运

(4)

k一是<《61．

2)常数加

常数加

算，采用SP(substitution— permutation)网

构，

包含密展函数(keySchedule)与加密函数，

是k 行异或一个5 b 常数

函数是密加

(addRoundKey)、S盒

(round— count)：

(5)

(sBoxLayer)及P置 (pLayer)3个模构成，如

1所示(④ 异或符)．

k}是@round— count．

密

展函数中的S盒与加密函数共用一个

量 PRESENT密描述： 64 b中

S盒，而s盒替只 80 b密中4

行一次替

．

量

state，80 b和128 b初始密

k，64

密

量

其

PRESENT密自被提出来，密学者

行一系列的安全分析，最新的PRESENT

施．加密函数的3个模具体描述：

一直

万方数据

刘波涛等：面向数字型的

量

保形加密算法研究

1491

The round function

PRESENT

structure of

Fig．2

PRESENT密

的

函数

构

密

分析果如表1所示，

10年的不断的考

足当前安全用的需求．

PRESENT

1)利用

量

分

密

加密

，PRESENT密

是

将o～9 10个数字加至寄存器，利用

量

分

密

10个数字行加密E，操作，

k，得到元工：

Table

Cryptanalysis

Results of

表1 PRESENT密的攻分析

密密

(6)

r=(EP(0，k)，EP(1，k)，⋯ ，EP(9，k))．

其中，每一个分量元 I，一(E，(J，k))(o≤ 歹≤ 9)，

些分量元度与算法的分

量

分

密

度相同，一般 64b．

2)元数据排序

将步 1中每一个分量元 J，=(E，(歹，k))

行二制数从高位到低位大小判断排序，得到一个

数字型置表序列T．

表1中攻

型：多

性攻 (multidimen—

sional linear

cryptanalysis，MLC)、截断差分攻

(truncated differential

cryptanalysis，TDC)、FFT一

3)明文相加、取模10

Fourier transform multidimen—

多

性攻 (fast

将明文M加至寄存器中，M与量分

sional linear

cryptanalysis，FFT— MLC)、Biclique攻

密

的加密密

行一一

相加、取模10操作：

(Biclique cryptanalysis，BC)．

(M+k)rood 10．

4)明文加密置

(7)

2构造面向数字型的置保形加密算法

在构造新的保形加密算法中，效率和安全性永

将步 3运算的果数据，行步 2得到的

表置操作，得到密文C，个置加密 E，，

置

是

得探和研究的，其保算法的安全性条件

保形加密具体流程如 3所示．

下做到构建一个高效、低源的保形加密算法．由于

的Prefix型保形加密算法相比其他Cycle—

Walking型和Generalized— Feistel型保形加密算法

10)．

(8)

C— ET((M+k)mod

5)构造逆置

表

在正置表的基上，构造一个逆的置表用

更具有

、高效的特点，本文将改

于

的保形

于解密密文，逆置表也是一个数字型置表序

Prefix型算法来

型保形加密算法．

一种高效、低源的面向数字

列T～．

6)密文解密置

于数字型的数据，明文消息空数据集

X一0，1，⋯ ，9，了保持密文消息数据集与明文消

息数据集相同，算法中构建的置表的数据集也

X一0，1，⋯ ，9．一种高效、低源的面向数字型保形

将C先行逆置表置操作，然后与

行一一相减取模10运算，得到

M，具体流程如 4所示．

量

分

密密

M一(E}，(C)一k)mod 10．

(9)

加密算法的构造分 6个步

行

：

万方数据

算机研究与展2019，56(7)

The

lightweight format— preserving algorithm

Fig．3

encryption process

量

保形算法加密流程

The

lightweight format— preserving algorithm

Fig．4

decryption process

量

保形算法解密流程

数据用个加密密分

行PRESENT密加

密操作，得到10个密文数据，将密文数据

行

3面向数字型的量保形加密算法

0～9数字大小的分布

，

个分布序号

列表

一种高效、低源的面向数字型保形加密算法

的具体，构造置表的是采用

作一个数字型正置表，如表3数据程所示．

量

分

密

Table

The

Supplement

Integer

第1 描述的PRESENT密．

表2整数填数据表

Number(HEX)

首先将十制(decimal，DEC)的0～9 10个

Integer(DEC)

整数用二制4 b数据表示，并加至寄存器，在寄

0000 0000

0000 0000 0000

000l

存器中分

行高位填 60个二制数0，从而得

0000 0000 0000 0002

到10个64 b数据，作构造数字型置表的待加

0000 0000 0000

0003

0000 0000 0000 0004

0000 0000

密数据，如表2所示．

将填

后 10个64 b二制数作 PRESENT

0000 0005

密算法的10个待加密数据，取PRESENT密

0000 0000 0000 0006

0000 0000 0000 0007

0000 0000 0000 0008

0000 0000 0000 0009

的加密密

，

PRESENT密的80 b密

十六制(hexadecimal，

度，此次加密密

任

HEX)的642A032F5010040760CK将 10个待加密

Table

The Construction of Numeric

Permutation Table

Typed

表3数字型正置表构造

万方数据

刘波涛等：面向数字型的

量

保形加密算法研究

1493

从表3得到分布

“1876249035”10个数字

表序列，将数字型正置表序号行取反、重排操

作，得到数字型逆置表序列T．。，如表5所示：

的序列，作数字型正置表T，如表4所示：

Table

Numeric

The Inverse

Typed

Table

The Numeric

Permutation Table

Typed

表4数字型正置

表

表5数字型逆置表

1、(T)

T(T)

丁一‘(丁)

T一1(z)

将要加密数字型明文数据加至寄存器，在

行卡号作要加密数字型明文数据，

将加密后的数字型密文数据(79677525478

66042806)一一行逆置表置恢复操作，例如，

里

取

行

卡号 6212262402033357571．在

用

当中，将

数字“7”通数字型逆置表置

“9”通数字型逆置表置

数字“2”，数字

数字“6”，依次行

要加密的真

行卡号数字数据与PRESENT

的加密密 (642A032F5010040760CB)

相加、取模10运算操作，具体

全部置操作，置后，了保算法的安全，将数

字型逆置除操作，置恢复得到数据

2632294952133754173．然后在当中，将置

量

分

密

行一一

表

行

(6+6)％10=2，(2+4)％10=6，(1+2)％10=3，

(2+10)％10=2，(2+0)％10=2，(6+3)％10=9，

(2+2)％10=4，(4+15)％10=9，(0+5)％10=5，

(2+0)％10=2，(0+1)％10=l，(3+O)0,410=3，

(3+0)％10=3，(3+4)％10=7，(5+O)％10=5，

(7+7)％10=4，(5+6)％10=1，(7+0)％10=7，

(1+12)％10=3．

用

恢复得到数据与PRESENT 量分密的

加密密 (642A032F5010040760CB) 行一一

相减、取模10运算操作，具体

(2— 6)％10=6，(6— 4)％10=2，(3— 2)％10=1，

(2— 10)％10=2，(2— 0)％10=2，(9— 3)％10=6，

(4— 2)％10=2，(9— 15)％10=4，(5— 5)％10=0，

(2— 0)％10=2，(1一1)％10=0，(3— 0)o．410=3，

(3— 0)％10=3，(7— 4)％10=3，(5— 0)％10=5，

(4— 7)％10=7，(1— 6)％10=5，(7— 0)％10=7，

(3— 12)％10=1．

当加密密比要加密的真数字型明文数据

，将取加密密

比要加密的真数字型明文数据短，首先

算法那种的密，如果那种的密

加密的真数字型明文数据短，

前后部分异或操作充数据，从而充到相加

一一的密度，在例当中，80b加密密

要加密的真行卡数字数据行舍弃最后一

的

前面部分数据；当加密密

密

是比

的密

将一一

6212262402033357571，加密后数字型密文数据

得到恢复，恢复数字型明文行卡号．

相减、取模10运算得到数字型数据

行

比

真

，

个

“儿”数．

4算法的安全性

将一一

相加、取模运算得到数字型数据

2632294952133754173，再一一行数字型正置

加密操作，例如数字“2”通数字型正置表置

数字“7”，数字“6”通数字型正置表置

数字“9”，依次行全部置操作，置后，了保

算法的安全，将数字型正置除操作，置

表

新的加密算法，算法安全性是首要

行

置

考

的．面向数字型的量保形加密算法，其置

表的构造取决于

量

分

密

，而本保形加密算

法的安全性是基于

量分密本身的安全性，

表

行

且构造程中是不会降低

全性的，因此保形加密算法有着

的安全性，另外与密相加、取模操作一步提

升了算法的安全．

量

分

密

本身的安

加密后得到，数字型密文数据 7967752547866

042806，密文数据与真行卡号具有相同的

数据型，完成了行卡号数据的加密保

量

量分

的

密

．

本保形算法中采用量 PRESENT密

行构造置表，量 PRESENT密自被提出

行加密后的数字型密文数据解密恢复操作，

在构造数字型正置表序列的基上来构造逆置

万方数据

算机研究与展2019，56(7)

来，密学者一直

其

行一系列的安全性分析，在

不知道的情况下是可以保保形加密的明文数据，

文中第1 ，已

出了最新的量 PRESENT

在置加密操作前行了提前

力攻明文．

保，以抵抗暴

密相关安全性分析果，也表明目前量

PRESENT密是足安全．于保形Prefix型加密

算法而言，构造的不同加解密置表之具有随机

性是确保保形加密算法本身的安全性．本保形加密

算法的置表构造程中，将行不同的置表之

定理1．当明文与密

相加、取模lo操作，

再

置表置加密，保形Prefix型算法可以抵

抗暴力攻

．

明．一个保形加密的明文 A，一个加密

B，一个运算后 C，

密

果

：

随机性

密

，在

行加密及密文排序理分析，只需改

b数据不同的加密密

中，量 PRESENT

C一(A+B)rood 10，

(10)

分

b的加密密

，

得

其中，C是未知的(由于C的下一步操作是行置

表加密操作，从而C数据是不行公开)，加密密

到的置表之元素差是非常大，

果如表

6所示，通表6 出的数据可以明了利用

量

B是

运算是包含多个解，因此暴力攻破解的算复

度到达10 3628800，暴力破解明文A 一个求解困

行格保密，也是未知的，另外取模方程

PRESENT密构造的置表具有随机性，表明

PRESENT密构造置表是安全的．

性

，保形Prefix型算法可以有效地抵抗暴力

Table

The Randomness of Permutation Table

．

攻

．

表6置表的随机性

另一方面，在保形Prefix型算法中，当入一

串

的

性的数字明文，通

果也是会出一串

置

表加密之后，加密后

0000 0000 0000 0000 0000

0000 0000 0000 0000 000

0000 0000 0000 0000 0002

0000 0000 0000 0000

性的数字密文．例如

入一串

的数字明文 0000000000，当置

表

“1876249035” 行加密情况下，加密

出

0003

的密文

密文之

果

关

11111Iilli，从而出

关系特征暴露

．而种保形加密的明

明

的明文与

0000 0000 0000 0000 0004

0000 0000 0000 0000 0005

0000 0000 0000 0000 0006

攻

者，致了保形

加密算法安全性漏洞等

文与量 PRESENT密的加密密

行一一

0000 0000 0000 0000 0007

0000 0000 0000 0000 0008

相加、取模10运算的方法，能有效防止保形

Prefix型加密算法出

形加密的明文与

个漏洞性的

的加密密

．因

保

0000 0000 0000 0000 0009

量

行相加、取模

于

的保形Prefix型加密算法而言，其置

10运算操作，是利用了加密密与保形加密明文的

合，行了加密密的控制( 要求用

置口令密不能一串性数字)，从而

不会出保形Prefix型算法的安全漏洞性．本

2个重要的方面保算法

的新保形加密算法具有很高的安

表中的元素是0～9 10个不同的数字，从而

用

数字型置表的空

是

10!一3628800，由于

个置表的空不是足大，从而明文容易被暴力

攻

成功．了解决

个不足，本保形算法是

方法是保保形加密算法

高效性的前提下使得改后的算法具有高安全性，

的保形Prefix型算法存在

保形加密算法的改

的安全性，使

全性能．

从

的

的保形Prefix型

算法行了改

，

改

具体改

：在算法中添加了将保形加密的明文与

5算法

性能

量 PRESENT密的加密密

行一一

相加、取模10运算操作，利用

量

PRESENT密

面向数字型的

性能，关在于建置表的分

建完成之后，接下来就是

的运算操作

性能影响是非常小的．本

量

保形加密算法，于其

取，

地相加、取

的加密密

真正了在保形Prefix型加密算法中加密密

与保形加密明文的合，从而一步保形加

种改方法，在当密

行保形加密算法的2次控制作用，

硬

密

当置

表

模10及置表置操作，

整个保形加密算法

些

于

密的明文行安全性保

．

万方数据

刘波涛等：面向数字型的

量

保形加密算法研究

Core i3— 3220

的运行境是理器 Intel

CPU

行置表(1876249035)置运算，得到保形加密

后的密文数据，花 0．001 s．通

，整个

行卡数字需要花

@3．30

GHz，内存

Windows

GB，固

硬

500 GB，操作

的

件

7．

系

量

保形加密算法加密500条19位

0．011 S，得出面向数字型

将算法行C

C++6．0 件上行运行、

字0 充 64 b构造数字型置表的待加密数据

“0000000000000000(HEX)”，通 PRESENT

言

，在Microsoft Visual

．

一个整型数

的

量

保形加密算法具有

速度快的特点．

面向数字型的量保形加密算法是采用

PRESENT 构造置表，而

保形Prefix型算法是采用AES密构造置表，分

构造置表是保形加密算法性能的关

量

分

密

的

分

密

行加密，加密花

o．001 S．将

数字o～9 10个数字充 10个64 b构造数

字型置表的加密数据，通 PRESENT

密

量

分

之．

密

行加密，加密需花

10条密文行大小分布

，构造置表所需的

0．01 S，由于

件源消耗方面，以下出了PRESENT一80

不需要

花

密

与AES一128密在8 b 理器与32

理器

就

0．01 s．置表构

件

源的比

果，如表7所示．通 AES一

建

建之后，保形加密的明文数据行与加密密

行相加、取模10及行置表置操作，些操

作花是微不足道的，我 500条

19位行卡数字与加密密相加、取模10之后，再

128密与PRESENT一80密占用的ROM与

RAM数据果比，从而使用PRESENT密构

在

中

造置表来

保形加密，做到了保形加密

件

量化．

Table

of PRESENT-80 and

in Software

AES-128

Comparison

Implementation

表7 PRESENT-80密与AES一128密

件

源比

AES

232

280

PRESENT

ISE

Suite

硬件源消耗方面，在Xilinx

密

构造置表来

保形加密，大大减少了加密

Design

13．2平台

算法的FPGA

，在Synopsys

硬件源消耗．

version

B-2016．06平台

算法

在

硬件

保形Prefix型加密算法，本算法基于PRESENT

了保形加密的量化，从而省了

的开与硬件的成本，是能适用于物

程中，相比基于AES密的

Design Compiler

的ASIC

．在行FPGA

中，PREsENT-

80密占用源面

128密占用源面

10 265个Slices，而AES一

20 173个Slices，在

密

件

行

网

ASIC

源

中，PRESENT一80密占用的面

端

数字型数据保形加密．

570个等效 (gate equivalents，GEs)及吞

吐率 200Kbps，而AES一128密占用面

400个GEs及吞吐率 12．4

源

Kbps．在硬件

中，

PRESENT 量分密相比AES密是具有

本文提出了一种面向数字型的量保形加密

算法，算法是基于

行构造置表，相比

于AES密构造置表，在件平台

ROM与RAM 件消耗的源，在硬件平台

量

PRESENT分

密

来

低

源、高吞吐率的点．

中，分占用面

量保型加密算法在

12 101个Slices与1 912个

安全件2 000个GEs)，而

440

的保形Prefix型算法基

GEs(小于RFID

中

省了

中

的保形Prefix型加密算法占用源分

个Slices与3 628个GEs．

量

保形加密算法相比

源上

些数据分析，使用PRESENT

降低了

成本，同提高了吞吐率．另外，在保

的保形Prefix型加密算法，在占用面

算法具有高效的前提下，本算法相比

的保形

减了一半左右．通

Prefix型算法，增加了与

量

密加密密一一

万方数据

1496

算机研究与展2019，56(7)

Bellare

[10]

[11]

[12]

M。Hoang

T．Identity— based format— preserving

相加、取模lo运算，大大提高了算法的安全性，

of the 24th

SIGSAC Conf

encryption[c]／]Proc

并且解决了

足性的

的保形Prefix型算法存在安全不

and Communications

York：ACM，

attacks

S．Message— recovery

Computer

Security．New

以及不能加密

理

的数字型数据．

其他量

2017：1515-1532

在算法中，将

量

PRESENT密

T。Tessaro

Bellare

M，Hoang

分

密

来构造置表，也是可以达到好的效

果，所以本算法是具有通用价

未来行探究保形加密算法中有关密管理的

以及如何更高效、低源的保形加

密算法在源受限的物行运用．

format

on feistel— based

preserving encryption[c]／／Proc

ACM SIGSAC Conf

and

．

the 23rd

Computer

Communications Security．New York：ACM，2016：444-455

Durak

the FF3

B．Vaudenay S．Breaking

standard small

format— preserving

10402：

量

encryption

domains[G]／]LNCS

网

端

Advances in

Cryptology(CRYPT()2017)．Berlin：Springer，

2017：679-707

文

献

参

考

T．Tessaro S，Ni T．The

of sma[I domains：

[13] Hoang

NCS

New attacks

format— preserving encryption[G]肌／I

Cao Zhenfu．New

of information

development

security--For

Research and

10991：Advances

Springer，2018：221— 251

[14] Zou

2018)．Berlin：

based

unwei，Wang Peng，Luo Hong．Improved prefix

Cryptology(CRYPT0

the 60th

of Journal of

anniversary

Computer

Research and

Computer

Development[J3．Journal

Chinese)

Development，2019，56(1)：131— 137(in

(曹珍富．信息安全的新展— — 算机研究与展》

for Chinese

encryption

names[J]．China

E B．Nechvatal J R，et a1．Advanced

J，Barker

format— preserving

《

Communications，2018．15(3)：78— 90

刊六十周年而作[J]．算机研究与展，2019，56(1)：131-

137)

Dworkin

[15]

[16]

standard(AES)．FIPS PUB

197[R]．

encryption

A，Knudsen

L R．Leander G，et a1．PRESENT：

C2]Bogdanov

for

Sciences and

Computer

Gaithersburg．MD：Institute

block

4727：Proc

ultra— lightweight

cipher[G]／／1，NCS

Cryptographic

Bureau of Standards，2001

Technology．National

the 9th Int

Hardware and

Workshop

T．et

K．Peyrin

small

a1．GIFT：A

Banik

S，Pandey

towards

Embedded

450-466

Systems(CHES 2007)．Berlin：Springer．2007：

the limit of

lightweight encryption

present

reaching

of the 19th Int

10529：Proc

[G]／／i。NCS

Cryptographic

Workshop

J，Kolbl S。et a1．The SKINNY

and its variant

low— latency

family

[3]Beierle c，Jean

Hardware and Embedded

Systems(CHES

block

MANTIS[G]／／

ciphers

2016)．

2017)．Berlin：Springer，2017：32卜345

Wentao，Bao Zhenzhen．Lin

LNCS 9815：Advances

Cryptology(CRYPT0

a1．

[17] Zhang

Dongdai．et

Berlin：Springer· 2016：123— 153

Botao，Zhou

new

[4]Li

Yimeng，et a1．SFN：A

RECTANGI，E：A bit— slice

block

suitable

Lang，Liu

lightweight

cipher

block

lightweight

cipher[J]．Microprocessors 8．Microsystems。

for

multiple platforms[J]．Science

China Information

2018，60：138-150

Sciences．2015，58(12)：l— 15．doi：10．1007／s11432— 015—

5459— 7

Chunfu，Li

on the format—

of Software，

[5]Liu Zheli，Jia

Jingwei．Research

preserving encryption techniques[J]．Journal

a1．The LED block

T，Poschmann A，et

Guo

[i8]

Jian，Peyrin

cipher[G]／／LNCS

Hardware and Embedded

Chinese)

2012，23(1)：152— 170(in

(刘哲理，春福，李

69 17：Proc of the 1 3th Int

Workshop

．保留格式加密技研究[J]．

件

Cryptographic

Systems(CHES

学

，2012，23(1)：152-170)

2011)．Berlin：Springer，2011：326— 341

Sciences and

for

[6]Institute

Computer

Technology，National

new ultra—

[19]

[203

[2i]

Lang，1．iu Botao，Wang Hui．QTL：A

Bureau of Standards．Guidelines for

and

implementing

using

74[R]．

block

lightweight

cipher[J]．Microprocessors&Microsystems，

the NBS data

standard，FIPS PUB

encryption

2016，45：45-55

for

Sciences and

with

finite domains

arbitrary

Gaithersburg．MD：Institute

Computer

Cho Y．Linear

of reduced— round PRESENT

at the RSA Conf

cryptanalysis

Bureau of Standards。198l

Technology．National

Black

[G]／／I。NCS 5985：cryptographers’Track

[73

J，Rogaway P．Ciphers

(CT— RSA

Blondeau

2010)．Berlin：Springer．2010：302— 317

at the RSA Conf

[G]／／1，NCS 2271：Cryptographers’Track

(CT— RSA

K．Links between truncated differential

C，Nyberg

2002)．Berlin：Springer，2002：114一130

P，et a1．Format—

and multidimensional linear

attack

of block

and

properties

ciphers

[8]Bellare M，Ristenpart

T，Rogaway

8441：Advances

of the

6th Int

2009)．

underlying

complexities[G]／／LNCS

5867：Proc

preserving encryption[G]／／I。NCS

Selected Areas in

Cryptology(EUROCRYPT 2014)．Berlin：Springer，

Workshop

Cryptography(SAC

2014：165-182

Berlin：Springer，2009：295— 312

Chunfu，IAu Zheli，I。i

a1．A new

FPE

[223

Lei．Zhang Shaowu．FFT— based multidimensional

Zheng

[9]Jia

Jingwei，et

integer

scheme based

the 2nd Int

feistel

linear attack

PRESENT

the 2-bit-fixed characteristic

using

network[G]／／LNEE 155：Proc

Electric and

Conf

Electronics(EEIC 2012)．

Networks，2016．8(18)：

[J]．Security&Communication

3535-3545

2：637— 644

Berlin：Springer。20

万方数据

1497

刘波涛等：面向数字型的

量

保形加密算法研究

M，Shakiba

1995．Master．Her

H，Dakhilalian

M．BicIique

Wu Ruixue，born

[23]Faghihi Sereshgi

of MIBS—

— 80 and PRESENT— -80 block

ciphers

cryptanalysis

main research interests include

and

privacy

Networks，201 6，9(1)：27—

[J]．Security＆．Communication

data

security．

main

1991．Master．HiS

Liu Botao，born

research interests include data

and

privacy

1 988．PhD candidate．

Ding Hongfa，born

embedded

system．

His main research interests include

privacy

and data

security．

1 963．Professor，

Peng Changgen，born

PhD

in the

College

Computer

master

supervisor

Xie

993．Master．His

Mingming，born

Science and

supervisor

and

Technology

main research interests include

and

privacy

in the

of Mathematics

University．His

College

data

security．

and Statistics at Guizhou

愚厶夏

main research interests include data

privacy，

and

data

technology

cryptography

big

security．

万方数据

全部评论(0)

暂无评论

评论赚积分>>

上传资源上传优质资源有赏金

面向数字型的轻量级保形加密算法研究

资料介绍

部分文件列表

部分页面预览

相关下载

全部评论(0)

热门标签

最新上传

热门下载

推荐下载

专栏首页