[发明专利]4个非线性驱动的轻量级流密码加密方法

摘要

本发明公开一种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。

主权项

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：（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Y_i为获得的密文，X_i为待加密的明文，Z_i密钥流比特；上述各步骤中，表示异或运算，“·”表示与运算。