改进的广义Feistel结构轻量级分组密码算法

作者：张晓枫; 刘永桂

来源：控制理论与应用, 2021, 1-7.

• 分组密码算法
• 广义Feistel结构
• ARX结构

随着复杂环境信息物理系统的更加开放，数据的安全传输问题备受关注。轻量级分组密码算法是保证信息物理系统数据安全传输的重要方法之一，但其仍存在软件实现速率低、硬件实现复杂和灵活性缺乏等问题。针对上述问题，提出了一种基于四分支的广义Feistel结构的高性能轻量级分组密码算法。相较于传统的广义Feistel结构算法，该算法进行了以下优化：(1)采用由模加、循环位移和异或三种操作组合成的ARX(Modular Addition, Rotation and XOR)结构替换传统广义Feistel结构中的S盒(非线性替换层)和P盒(线性置换层)，简化了算法的轮函数结构；(2)增加非对称双子密钥以处理每轮加密的明文中间状态，使得中间状态不存在未处理的分支，提高了算法的安全性；(3)设计了可扩展的轮常数加模块，提高了算法的灵活性；(4)分支中增加混淆扩散结构fx，加快了算法的混淆和扩散速度；(5)灵活设计了六个版本的轻量级分组密码算法，以适应不同位数的CPU平台。实验和分析表明，该算法实现效率高，具有良好的混淆和扩散能力，以及较高的安全性。

• 单位
  华南理工大学