本发明专利技术公开一种4个非线性驱动的轻量级流密码加密方法，其仅采用面向比特的异或和与运算运算，内部操作容易实现；借鉴分组密码的多轮迭代思想，对初始化内部向量进行“多轮”比特混合置乱操作，从而能够快速达到置乱效果；新引入“分区交替扩散”和“多层混淆”的技术,快速完成种子密钥比特间混淆和扩散效果；所选的4个非线性驱动部件具有稳固的密码学性质以抵抗多种攻击；密钥生成阶段新引入双二次项进行非线性置乱，有效抵抗传统的内部状态恢复攻击；种子密钥长度为88比特具有高安全强度；算法简洁、容易软、硬件平行实现，特别适合资源受限环境下使用，比如无限传感器网络等；实现的存储代价小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息安全领域，具体涉及一种。
技术介绍
在数据传输过程中，部分敏感数据为了防止攻击者的窃听而需要进行加密处理，使得攻击者只能窃听到密文而无法获得任何有用信息，只用拥有密钥的合法接收者才能解密还原出真实消息。在数据加密算法中，有两大类加密算法。一是分组加密算法，二是流密码加密算法(也称为序列密码)。分组加密算法的加密数据是固定长度的(分成一组一组)，而流密码加密算法的加密长度是一个可变范围很大的值。分组密码以一定大小作为每次处理的基本单元，而序列密码则是以一个元素(一个字母或一个比特)作为基本的处理单元。流密码加密算法具有实现简单、便于硬件实施、加解密处理速度快、没有或只有有限的错误传播等特点，因此在实际应用中，特别是专用或机密机构中保持着优势，典型的应用领域包括无线通信和外交通信等。流密 码加密算法具体应用环境和模式可见图1。首先消息发送方和接收方通过一个安全信道共享了一个种子密钥k，对于每一比特明文xi，发送方都使用一个流密码加密算法产生相对应的一比特密钥流zi，然后用Zi与xi异或掩盖明文而获得密文yi，即Λ =χ 。消息接收方接收到yi后，使用相同的方法和相同的密钥产生相同的密钥流比特zi，将zi与yi异或后即可恢复出明文xi，即火 Z, = χΓ Θγ, Θγ, =χ,。然而传统的流密码加密算法的内部操作不易实现，内部置乱效果不佳，易受到攻击等不足，因此还需要对传统的流密码加密算法进行进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种安全强度高、算法简洁易于实现、以及存储代价小的。为解决上述问题，本专利技术是通过以下方案实现的:，包括如下步骤:( I)内部状态初始化阶段；(1.1)随机选择I个可变的88比特的种子密钥K= (kl，k2，……，k88)、l个可变的88比特的初始向量V= (vl，v2，……，v80)、一个I个固定的80比特的常量值C= (cl,c2,......, c80)；(1.2)将上述88比特的种子密钥K，88比特的初始向量V和80比特的常量值C注入一个256比特长的寄存器(sl，s2，……，s256)中，其中寄存器(sl，s2，……，s64)的状态由比特(kl，k2，……，k22，vl，v2，……，v22，cl, c2,......, c20)注入，寄存器(s65，s66，......，sl28)的状态由比特(k23，k24，......,k44, v23, v24,......，v44，c21，c22，......，c40)注入，寄存器(sl29，sl30......，sl92)的状态由比特(k45，k46，......, k66, v45, v46,......，v66, c41, c42,......，c60)注入，寄存器(sl93，sl94，......，s256)的状态由比特(k67，k68，......，k88，v67,v68,......, v88, c61, c62,......，c80)注入；(1.3)对寄存器(sl，s2，……，s256)进行如下步骤1024次;(a)开辟4个新的存储器(tl，t2，t3，t4)，该存储器tl，t2，t3，t4的状态分别是从寄存器(sl，s2，……，s256)中选取不同的6个字进行平衡及2次项的组合后注入的，其中存储器tl的状态由s3，s62,s63, s64，sl25, sl89来决定；存储器t2的状态由s36，sl26，sl27，sl28，sl88, s252 来决定；存储器 t3 的状态由 s59，sl58，sl90, sl91，s251 来决定，存储器t4的状态由s21，sl85，s268，s254，s255来决定；(b)寄存器(sl，s2，......，s64)的状态更新为(t3，sl，s2，......，s63)，寄存器(s65，s66，......，sl28)的状态更新为(tl，s65，s66，......，sl27)，寄存器(sl29，sl30，......，sl92)的状态更新为(t4，sl29，sl30，......，sl91)，寄存器(sl93，sl94，......，s256)的状态更新为(t2，sl93，sl94，......，s255)；(2)密钥流生成阶段；若需要生成的密钥流比特数N个，则执行以下步骤N次；(2.1)开辟4个新的存储器(tl’，t2’，t3’，t4’)，其中该新的存储器tl，，t2，，t3，，t4’的状态分别是从寄存器(sl，s2,……，s256)中选取不同的2个字进行线性组合后注入的，其中新的存储器11’的状态由s32，s64来决定；新的存储器t2’的状态由s92，sl28等来决定；新的存储器t3’的状态由s 160，s 192等来决定；新的存储器t4’的状态由s226，s256等来决定；(2.2)将新的存储器tl’，t2’，t3’，t4’进行线性组合后，输出密钥流比特；(2.3)分别更新新的存储器(tl’，t2’，t3’，t4’)，即将新的存储器tl’，t2’，t3’，t4，的状态更新为由另一个新的存储器(tl’，t2，，t3，，t4，)之一和存储器(tl，t2，t3，t4)中对应选取的的6个字进行平衡及2次项的组合后注入；其中新的存储器tl’的状态由t3，，s3，s62，s63，s64，sl25, sl89 来决定；新的存储器 t2’ 的状态由 tl’，s36，sl26，sl27，sl28，sl88, s252 来决定；新的存储器 t3，的状态由 t4，，s59，sl58，sl90, sl91，s251 来决定，新的存储器t4’的状态由t2，，s21，sl85，s268，s254，s255来决定；(2.4)寄存器(sl，s2，......，s64)的状态更新为(t3，，sl，s2，......，s63);寄存器(s65，s66，……，sl28)的状态更新为(tl，，s65，s66，……，sl27);寄存器(sl29，sl30，......，sl92)的状态更新为(t4，，sl29，sl30，......，sl91);寄存器(sl93，sl94，......，s256)的状态更新为(t2，，sl93，sl94，......，s255);(3)加密阶段；Yi=X1 Zi，其中Yi为获得的密文，Xi为待加密的明文，Zi密钥流比特；上述各步骤中，“Φ”表示异或运算，“.”表示与运算。在步骤(1.1)中，种子密钥K为保密的，初始向量V为保密的或公开的。在步骤(1.1)中，初始向量V为发送接收双方协商一致的值。在步骤(1.1)中，常量值C具体为(1，0，1，0，……，1，0)。 在步骤(2)中，密钥流比特数N介于I 256之间。在步骤(1.3)的(a)中，存储器tl的状态由s3 s62.s63 s64 sl25 sl89 注入，存储器 t2 的状态由 s36 sl26.sl27 sl28 sl88 s252 注入，存储器 t3 的状态由 s59 sl58 sl90.sl91 s251 注入，存储器的状态由 s21 sl85 s268 s2M.s255 注入。在步骤(2.1)中，新的存储器11’的状态由s32 s64注入，本文档来自技高网...
【技术保护点】
4个非线性驱动的轻量级流密码加密方法，其特征是包括如下步骤：（1）内部状态初始化阶段；（1.1）随机选择1个可变的88比特的种子密钥K=（k1，k2，……，k88）、1个可变的88比特的初始向量V=（v1，v2，……，v80）、一个1个固定的80比特的常量值C=（c1，c2，……，c80）；（1.2）将上述88比特的种子密钥K，88比特的初始向量V和80比特的常量值C注入一个256比特长的寄存器（s1，s2，……，s256）中，其中寄存器（s1，s2，……，s64）的状态由比特（k1，k2，……，k22，v1，v2，……，v22，c1，c2，……，c20）注入，寄存器（s65，s66，……，s128）的状态由比特（k23，k24，……，k44，v23，v24，……，v44，c21，c22，……，c40）注入，寄存器（s129，s130……，s192）的状态由比特（k45，k46，……，k66，v45，v46，……，v66，c41，c42，……，c60）注入，寄存器（s193，s194，……，s256）的状态由比特（k67，k68，……，k88，v67，v68，……，v88，c61，c62，……，c80）注入；（1.3）对寄存器（s1，s2，……，s256）进行如下步骤1024次；（a）开辟4个新的存储器（t1，t2，t3，t4），该存储器t1，t2，t3，t4的状态分别是从寄存器（s1，s2，……，s256）中选取不同的6个字进行平衡及2次项的组合后注入的，其中存储器t1的状态由s3，s62，s63，s64，s125,s189来决定；存储器t2的状态由s36，s126，s127，s128，s188,s252来决定；存储器t3的状态由s59，s158，s190，s191，s251来决定，存储器t4的状态由s21，s185，s268，s254，s255来决定；（b）寄存器（s1，s2，……，s64）的状态更新为（t3，s1，s2，……，s63），寄存器（s65，s66，……，s128）的状态更新为（t1，s65，s66，……，s127），寄存器（s129，s130，……，s192）的状态更新为（t4，s129，s130，……，s191），寄存器（s193，s194，……，s256）的状态更新为（t2，s193，s194，……，s255）；（2）密钥流生成阶段；若需要生成的密钥流比特数N个，则执行以下步骤N次；（2.1）开辟4个新的存储器（t1’，t2’，t3’，t4’），其中该新的存储器t1’，t2’，t3’，t4’的状态分别是从寄存器（s1，s2，……，s256）中选取不同的2个字进行线性组合后注入的，其中新的存储器t1’ 的状态由s32，s64来决定；新的存储器t2’的状态由s92，s128等来决定；新的存储器t3’的状态由s160，s192等来决定；新的存储器t4’的状态由s226，s256等来决定；（2.2）将新的存储器t1’，t2’，t3’，t4’进行线性组合后，输出密钥流比特；（2.3）分别更新新的存储器（t1’，t2’，t3’，t4’），即将新的存储器t1’，t2’，t3’，t4’的状态更新为由另一个新的存储器（t1’，t2’，t3’，t4’）之一和存储器（t1，t2，t3，t4）中对应选取的的6个字进行平衡及2次项的组合后注入；其中新的存储器t1’的状态由t3’，s3，s62，s63，s64，s125,s189来决定；新的存储器t2’的状态由t1’，s36，s126，s127，s128，s188,s252来决定；新的存储器t3’的状态由t4’，s59，s158，s190，s191，s251来决定，新的存储器t4’的状态由t2’，s21，s185，s268，s254，s255来决定；（2.4）寄存器（s1，s2，……，s64）的状态更新为（t3’，s1，s2，……，s63）；寄存器（s65，s66，……，s128）的状态更新为（t1’，s65，s66，……，s127）；寄存器（s129，s130，……，s192）的状态更新为（t4’，s129，s130，……，s191）；寄存器（s193，s194，……，s256）的状态更新为（t2’，s193，s194，……，s255）；（3）加密阶段；其中Yi为获得的密文，Xi为待加密的明文，Zi密钥流比特；上述各步骤中，表示异或运算，“·”表示与运算。FDA00002965871300021.jpg,FDA00002965871300022.jpg...
【技术特征摘要】
1.4个非线性驱动的轻量级流密码加密方法，其特征是包括如下步骤: (O内部状态初始化阶段； (1.1)随机选择1个可变的88比特的种子密钥K= (kl，k2，……，k88)、l个可变的.88比特的初始向量V= (vl，v2，……，v80)、一个1个固定的80比特的常量值C= (cl,c2,......, c80)； (1.2)将上述88比特的种子密钥K，88比特的初始向量V和80比特的常量值C注入一个256比特长的寄存器(sl，s2，……，s256)中，其中 寄存器(sl，s2，……，s64)的状态由比特(kl，k2，……，k22，vl，v2，……，v22，cl，c2,......，c20)注入， 寄存器(s65，s66，......，sl28)的状态由比特(k23，k24，......，k44，v23，v24，......，v44，c21，c22，......，c40)注入， 寄存器(sl29，sl30......，sl92)的状态由比特(k45，k46，......，k66，v45，v46，......，v66, c41, c42,......，c60)注入， 寄存器(sl93，sl94，......，s256)的状态由比特(k67，k68，......，k88，v67，v68，......，v88, c61, c62,......，c80)注入； (1.3)对寄存器(sl，s2，……，s256)进行如下步骤1024次； (a)开辟4个新的存储器(tl，t2，t3，t4)，该存储器tl，t2，t3，t4的状态分别是从寄存器(sl，s2,……，s256)中选取不同的6个字进行平衡及2次项的组合后注入的，其中存储器tl的状态由s3，s62，s63，s64，sl25, sl89来决定；存储器t2的状态由s36，sl26，sl27，sl28，sl88, s252 来决定；存储器 t3 的状态由 s59，sl58，sl90, sl91，s251 来决定，存储器t4的状态由s21，sl85，s268，s254，s255来决定； (b)寄存器(sl,s2,......，s64)的状态更新为(t3, sl, s2,......, s63), 寄存器(s65，s66，……，sl28)的状态更新为(tl，s65，s66，……，sl27)， 寄存器(sl29，sl30，......，sl92)的状态更新为(t4，sl29，sl30，......，sl91)， 寄存器(sl93，sl94，......，s256)的状态更新为(t2，sl93，sl94，......，s255); (2)密钥流生成阶段；若需要生成的密钥流比特数N个，则执行以下步骤N次； (2.1)开辟4个新的存储器41’32’33’34’)，其中该新的存储器七1’32’33’34’的状态分别是从寄存器(sl，s2，……，s256)中选取不同的.2个字进行线性组合后注入的，其中新的存储器tl’的状态由s32，s64来决定；新的存储器t2’的状态由s92，sl28等来决定；新的存储器t3’的状态由sl60，sl92等来决定；新的存储器t4’的状态由s226，s256等来决定； (2.2)将新的存储器tl’，t2’，t3’，t4’进行线性组合后，输出密钥流比特； (2.3)分别更新新的存储器(tl’，t2’，t3’，t4’)，即将新的存储器tl’，t2’，t3’，t4’的状态更新为由另一个新的存储器(tl’，t...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁勇，韦永壮，丁继强，官秀国，李新国，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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