【技术实现步骤摘要】
一种Fountain轻量级加密算法的实现装置、方法及应用
[0001]本专利技术涉及数据加密
，特别涉及一种Fountain轻量级加密算法的实现装置、方法及应用。
技术介绍
[0002]物联网技术作为信息科技产业的第三次革命的核心，近年来在工业、教育、医疗等领域不断发展，人们随处可见周围的物联网设备。依靠RFID、Zigbee和蓝牙等通信技术和无处不在的终端传感器，物联网可以实现任何物体与网络的连接，使万物互联不再是天方夜谭。
[0003]然而，在信息技术高速发展的时代，物联网已深入工业互联网、智能电网、智慧交通等关乎民生与国家安全的重点领域，物联网安全这一关键问题也不容小觑。传统密码大多通过软件实现，即高级语言编写密码实现代码，经过编译在通用处理器上运行，然而这种软件实现的加密算法受限于处理器的运行频率，很难做到高速加密。此外，由于轻量级密码尚未形成标准算法，算法需要不断迭代，设计专用芯片需要重新投入研发成本。
[0004]目前标准密码(如AES，SM系列)已广泛应用，但由于这些密码密钥长度较大、运算...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种Fountain轻量级加密算法的实现装置，其特征在于，包括状态控制单元、线性反馈移位寄存器、非线性变换盒、密钥流提取单元和反馈值生成单元；所述状态控制单元用于调整和控制装置状态，根据装置当前所处阶段，控制输入和输出使能，控制密钥流产生；所述线性反馈移位寄存器包括四个独立的64位移位寄存器，每位的状态为0或1，每个独立的64位移位寄存器同时包括一个或多个线性反馈函数，用于对当前线性反馈移位寄存器内64位内部状态产生线性变换；所述非线性变换盒为4比特输入和4比特输出，共包含三种模式，在状态控制单元状态不同的情况下对4比特输入执行不同的非线性变换，对线性反馈移位寄存器的内部状态实现非线性变换；所述密钥流提取单元包含密钥流提取函数，用于提取线性反馈移位寄存器的内部状态，在时钟信号的控制下，选取部分特殊位执行异或和与运算；所述反馈值生成单元包括四个反馈值生成函数，在状态控制单元的控制下，根据线性反馈函数、非线性变换盒、密钥流提取单元和输入端口传入的数据产生反馈值，分别用于四个64位移位寄存器状态更新。2.根据权利要求1所述的一种Fountain轻量级加密算法的实现装置，其特征在于，所述状态控制单元将Fountain整个加密流程分为：载入阶段、初始化阶段、处理关联数据阶段、处理明文阶段、结束阶段和验证标签输出阶段。3.根据权利要求2所述的一种Fountain轻量级加密算法的实现装置，其特征在于，所述线性反馈移位寄存器分为两种状态，即载入状态和工作状态；在状态控制单元的控制下，线性反馈移位寄存器复位后首先进入载入状态，即状态控制单元处于载入阶段，不需要考虑反馈值生成单元，而是以连续线性移位的方式将256位初始数据流载入4个独立的线性反馈移位寄存器内，即第一个线性反馈移位寄存器的最低位连接第二个线性反馈移位寄存器的最高位，第二个线性反馈移位寄存器的最低位连接第三个线性反馈移位寄存器的最高位，第三个线性反馈移位寄存器的最低位连接第四个线性反馈移位寄存器的最高位；所述线性反馈移位寄存器加载初始数据流后进入工作状态，四个线性反馈移位寄存器在线性反馈函数的基础上异或当前轮密钥流提取单元的结果作为反馈值，分别存入线性反馈移位寄存器的第63位；四个线性反馈移位寄存器在工作状态下互相独立，不会将某个线性反馈移位寄存器的最低位输出给另一个线性反馈移位寄存器的最高位。4.根据权利要求2所述的一种Fountain轻量级加密算法的实现装置，其特征在于，所述非线性变换盒执行非线性变换时，首先将4比特的输入数据(x0，x1，x2，x3)代入S盒，输出4比特数据(m0，m1，m2，m3)；然后将S盒的输出数据执行比特重组，定义一个操作符号||为拼接两个二进制位，结果为在GF(22)上的元素，重组输出定义为在GF(22)上的列向量R，因此对于三种模式，重组函数定义为K模式、A模式和T模式，重组输出的列向量R在三种不同模式下生成如下：
比特重组过程后...
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