简述QARMA加密算法

2024-10-29

随着物联网、嵌入式系统等新兴技术的快速发展，对加密算法的性能和安全性提出了更高要求，因此轻量级加密算法的应用场景越来越广泛。下面我们就来了解一种新兴的轻量级加密算法——QARMA加密算法。

QARMA算法简介

QARMA（Qualcomm Authenticated Random Message Authentication）是一种轻量级可调分组密码算法，由高通公司设计。QARMA算法分为QARMA-64和QARMA-128两个版本，分别对应64位和128位的分组长度，适用于不同安全需求的应用场景。

QARMA算法的原理

QARMA算法采用了一种替代置换网络SPN结构，其核心由多个轮函数组成，每个轮函数包括非线性S盒和线性置换层。这种结构使得QARMA算法在保持高效运算的同时，具备较强的抵抗差分攻击和线性攻击的能力。

QARMA算法引入了Tweakey机制，它不仅作为密钥的一部分参与加密过程，还允许算法根据不同的上下文信息生成唯一的tag。这种机制使得QARMA算法更加灵活和安全，能够有效防止重放攻击等安全威胁。

QARMA算法的工作步骤

初始化

设置参数：确定分组长度（如64位或128位）、轮数、S盒和置换层等算法参数。
输入数据：准备待加密的数据（明文）和Tweakey（上下文信息或密钥的一部分）。

密钥编排

生成轮密钥：根据主密钥和Tweakey，通过密钥扩展算法生成每一轮加密所需的轮密钥。
准备Tweakey：如果Tweakey包含额外的上下文信息（如时间戳、序列号等），则将其与主密钥结合以生成更复杂的密钥结构。

加密过程

数据分割：将明文数据分割成多个固定长度的分组（通常为算法的分组长度）。
轮函数处理：对每个分组执行多轮加密操作，每轮操作通常包括：
非线性替换：使用S盒对分组中的每个字节或比特进行非线性替换，以提供混淆性。
线性置换：通过置换层对分组中的数据进行重新排列，以提供扩散性。
轮密钥加：将当前轮的轮密钥与分组数据进行按位异或操作，以增强加密效果。
输出加密结果：所有轮函数处理完成后，输出最终的加密结果（密文或tag）。

验证tag

如果QARMA算法用于生成tag（如指针认证中的PAC），则还需要一个验证步骤来确保数据的完整性和真实性。
验证过程通常涉及使用相同的Tweakey和密钥对接收到的数据进行解密或重新计算tag，并将其与原始tag进行比较。

QARMA算法的特点

轻量级设计：QARMA算法在设计时充分考虑了资源受限的环境，如物联网设备、嵌入式系统等。因此，它在计算复杂度、内存占用和功耗方面均表现出色，适合在这些环境中使用。
高效性：QARMA算法通过优化的算法结构和轮函数设计，实现了较快的加密速度，能够满足实时性要求较高的应用场景。
Tweakey机制：QARMA算法引入了Tweakey机制，允许算法根据不同的上下文信息（如时间戳、序列号等）生成唯一的加密结果。这种机制增强了算法的灵活性和安全性，能够有效防止重放攻击等安全威胁。
多版本支持：QARMA算法提供了不同版本的实现，如QARMA-64和QARMA-128，分别对应64位和128位的分组长度。这使得算法可以根据不同的安全需求进行选择，以适应不同的应用场景。
安全性高：QARMA算法采用了替代置换网络（SPN）结构，结合非线性S盒和线性置换层，使得算法能够抵抗差分分析和线性分析等常见的密码分析手段。
广泛应用：由于QARMA算法的轻量级和高效性，它特别适用于物联网设备和嵌入式系统等资源受限的环境。在这些环境中，QARMA算法可以提供有效的数据保护和安全通信。

TAG：

上一篇 : 简述SKINNY加密算法

下一篇 : 简述Ballet加密算法

文章标签

文档加密软件

文档信息安全管理软件

上网行为管理软件

应用程序管控软件

敏感文件管理软件

U盘设备管控软件

文件分发软件

IT资产管理软件

电脑操作记录软件

远程控制软件

聊天管控软件

敏感信息报警

屏幕管控

内网管理

深度行为分析

电脑屏幕录像

实时管控

补丁管理

网络准入控制管理系统