[发明专利]轻量级分组密码加密及解密方法

权利要求书

1.一种轻量级分组密码加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A1：获取64位明文作为待加密数据X，进行加密运算；

其中，待加密数据X从高位到低位每16位一组依次排序形成4分支明文数据组，记作X＝X₀X₁X₂X₃；

步骤A2：获取80位密钥作为初始密钥数据K，进行密钥更新运算：将初始密钥数据K循环左移7位；然后从高位到低位每16位一组依次排序分为5个密钥数据组，分别为K0、K1、K2、K3、K4；再对K0、K2的前4位数据与轮计数器r-1进行异或运算，其中r代表当前轮数；得到的运算结果进行S盒替换得到更新后的K0、K2，最后将K0、K1、K2、K3、K4依次排序作为下一轮的轮密钥；

步骤A3：对步骤A1所述的待加密数据X进行F函数运算；

其中，F函数包括轮常量加、S盒替换、列混淆、轮密钥加4个组件，并根据4个组件参与运算时的顺序，分为F1、F2、F3、F4四种结构，4分支明文数据组X₀、X₁、X₂、X₃分别进行F1、F2、F3、F4函数运算；F函数每轮运算所使用的轮密钥为密钥更新运算后的前64位数据；

设a数组中4个组件构成了F函数：a[4]＝[轮常量加，S盒替换，列混淆，轮密钥加]，则4个F函数中组件运算顺序以下公式表示，即Fi中第k个组件为：

Fi_k＝a[((i-1)+(k-1))％4],i,k∈[1,4]

即X₀首先进行轮常量加运算，X₁首先进行S盒替换，X₂首先进行列混淆变换，X₃首先进行轮密钥加运算，％表示取余运算；

步骤A4：对步骤A3得到的运算结果进行P置换；

步骤A5：判断当前轮数r是否小于16，若小于，令r＝r+1，将步骤A2、A4得到的运算结果作为新一轮运算的输入数据，返回步骤A3；否则，进行步骤A6；

步骤A6：轮密钥的“白化”操作：将步骤A5得到的运算结果与第16轮密钥更新运算获得的轮密钥的前64位数据进行异或运算，然后输出加密结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A3中F函数包括：

F1函数运算包括：对X₀依次进行轮常量加运算、S盒替换、列混淆变换和轮密钥加运算；

F2函数运算包括：对X₁依次进行S盒替换、列混淆变换、轮密钥加运算和轮常量加运算；

F3函数运算包括：对X₂依次进行列混淆变换、轮密钥加运算、轮常量加运算和S盒替换；

F4函数运算包括：对X₃依次进行轮密钥加运算、轮常量加运算、S盒替换和列混淆变换。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A3中，轮常量加运算过程为：每轮在进行轮常量加运算时，将进行F函数运算的每分支数据的前4位数据与4位常量进行异或运算，其中常量更新方式为：将4位常量(rc₃,rc₂,rc₁,rc₀)左移一位，更新值的计算式为:该4位常量初始化为全0的状态；其元素如下表所示：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A3中轮密钥加运算进一步包括以下处理步骤：

每轮在进行轮密钥加运算时，进行F1函数运算的第1分支数据与密钥更新运算获得的K3进行异或运算，进行F2函数运算的第2分支数据与密钥更新运算获得的K2进行异或运算，进行F3函数运算的第3分支数据与密钥更新运算获得的K1进行异或运算，进行F4函数运算的第4分支数据与密钥更新运算获得的K0进行异或运算。