在物联网和移动设备等资源受限的环境中,为了保护数据安全,需要一种既安全又高效的加密算法来保护数据传输的安全。于是乎,轻量级密码算法成为了保护这些资源受限环境中数据安全的关键。下面我们就来了解一种轻量级密码算法——Simon加密算法。
Simon加密算法是由美国国家安全局设计并推广的一种轻量级分组密码算法。它将明文信息划分为固定长度的分组,并对每个分组进行加密处理。该算法的核心在于其独特的轮函数和密钥扩展机制。
Simon算法的设计理念是在保证高安全性的同时,尽可能减少资源消耗,使其适用于各种硬件平台,特别是那些计算能力和存储空间有限的设备。
在Simon算法中,每一轮的加密操作都通过轮函数来完成。轮函数利用一系列非线性操作和线性变换,对分组内的数据进行混淆和扩散,从而实现加密效果。此外,Simon算法还采用了密钥扩展机制,将初始密钥扩展成多轮加密所需的子密钥,增加了密钥的复杂性和安全性。
在加密过程开始之前,需要将初始密钥扩展为多轮加密所需的轮密钥。Simon算法的密钥扩展算法根据初始密钥的长度(m)不同而有所区别。轮密钥递推公式利用了常量c和不同的二进制常数数列z0, z1, z2, z3, z4,这些数列具有特定的周期性。
加密开始时,将待加密的明文数据分为两个等长的部分,通常称为L0和R0。第一轮的轮密钥是扩展密钥中的第一个密钥。第一轮加密时,R0与轮密钥进行按位异或操作(⊕)。
Simon算法采用Feistel结构,每一轮的加密过程分为两个主要步骤:
完成替换操作后,将处理过的数据作为新的Ri+1,而原始的Li则直接成为新的Li+1。这样,每一轮都会产生一个新的左右两部分数据。
在经过预定的轮数后,最后一轮加密与前面的轮略有不同。最后一轮不进行循环左移操作,而是直接将R和L进行按位异或操作。这样,得到的结果是加密后的密文。
最后,将经过所有轮加密处理后的数据作为密文输出。
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