一种完全雪崩4×4的S盒实现方法技术

本发明专利技术公开了一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，x0、x1、x2、x3为S盒的输入，s0、s1、s2、s3为S盒的输出，包括两个部分：第一部分为非线性层，包含了Fa0、Fa1、Fa2、Fa3、Fb0、Fb1、Fb2和Fb3八个函数运算及4个异或操作；第二部分为扩散层，其包含了F0与F1两个函数运算及4个异或操作。非线性层输出值y0、y1、y2和y3达到了最优，再通过扩散层的变换，输出完全雪崩值s0、s1、s2和s3，S盒的布尔函数代数次数为3，布尔函数代数项数分别为9、9、13和10。本发明专利技术构造的S盒，具有完全雪崩效果，并且其他各项性能指标都较好，可以运用于轻量级分组密码算法当中，增强其安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种完全雪崩4×4的S盒实现方法
本专利技术涉及信息安全领域，具体涉及轻量级分组密码算法中的一个重要非线性组件S盒的构造方法。
技术介绍
随着物联网的发展，信息安全越来越受到人们的重视，如何对数据进行高效地、安全地加密，成为了一个热点问题。S盒作为对称分组密码算法中重要的非线性组件，所谓，S盒的安全性决定了对称分组密码算法的安全性。S盒可以看作是GF(2)n→GF(2)m上的置换，对于一个4×4的S盒：y(y0,y1,y2,y3)＝S(x0,x1,x2,x3)，即4比特的x输入，4比特的y输出。n、m越大，S盒的安全性就越好，其构造的对称分组密码算法抵抗攻击能力越强。但轻量级分组密码算法受硬件环境的资源约束，采用的S盒一般是4×4与8×8的S盒。衡量S盒的好坏有如下几个性能指标：非线性度、差分均匀性、雪崩特征、代数次数、布尔函数项数及正交性。一个性能良好的S盒满足较高的非线性度、差分分布均匀、严格的雪崩效应、复杂的代数表达式多个综合性能要求。在构造S盒时，将这些性能指标作为构造S盒的设计准则。S盒首次出现在Lucifer算法中，作为该算法的一个非线性层。S盒本质是一个替换表，对于给定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将S盒的输入信息以4位的二进制数表示；步骤二，执行非线性计算：每次选择4位二进制数4个数位上至少3个数，分别输入至两组分别包括4个函数的非线性计算函数组中并得到相应的函数运算结果，然后将两组结果两两异或运算，得到4个非线性计算结果；步骤三，执行扩散计算：选择两个非线性计算结果输入至第一扩散函数，另两个输入至第二扩散函数，分别得到两个函数计算结果，然后将两个非线性计算结果与其中一个扩散计算结果进行异或计算，再将另两个非线性计算结果与另一个扩散计算结果进行异或计算，得到一共4个扩散计算结果；步骤四，将4个扩散计算结果排列为4位...

【技术特征摘要】
1.一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将S盒的输入信息以4位的二进制数表示；步骤二，执行非线性计算：每次选择4位二进制数4个数位上至少3个数，分别输入至两组分别包括4个函数的非线性计算函数组中并得到相应的函数运算结果，然后将两组结果两两异或运算，得到4个非线性计算结果；步骤三，执行扩散计算：选择两个非线性计算结果输入至第一扩散函数，另两个输入至第二扩散函数，分别得到两个函数计算结果，然后将两个非线性计算结果与其中一个扩散计算结果进行异或计算，再将另两个非线性计算结果与另一个扩散计算结果进行异或计算，得到一共4个扩散计算结果；步骤四，将4个扩散计算结果排列为4位的二进制数，得到进行完全雪崩4×4的S盒结果。2.根据权利要求1所述的一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，其特征在于，所述的步骤一中，以x0、x1、x2、x3作为拆分的4个子二进制数，其中x0为十六位二进制数的最高位，x3为最低位。3.根据权利要求2所述的一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，其特征在于，所述的步骤二中，两组非线性计算函数组中，一组为Fa0、Fa1、Fa2和Fb3函数，另一组为Fb0、Fb1、Fb2和Fb3函数，在进行函数运算时，将x0、x1、x3输入Fa0、Fa1、Fa2函数，将x0、x1、x2输入Fb0、Fa3函数，将x1、x2、x3输入Fb1函数，x0、x2、x3输入Fb2，将x0、x1、x2和x3输入Fb3函数，则Fa0、Fa1和Fa2函数分别对应输出L0、L1和L2，Fb0和Fa3函数分别输出R0和L3，Fb1、Fb2和Fb3函数分别输出R1、R2和R3。4.根据权利要求3所述的一种完全雪崩4×4的S盒实现方法，其特征在于，所述的步骤二中，在进行异或运算时，将L0与R0、L1与R1、L2与R2、L3与R3对...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浪，刘景根，
申请(专利权)人：衡阳师范学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43