[發(fā)明專利]一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711240500.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107769911B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙太飛;尹航;郭嘉文;李永明;雷洋飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/06
• 分類號(hào): H04L9/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅磊

1.一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法，其特征在于，該Sponge結(jié)構(gòu)為迭代結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部操作為壓縮函數(shù)，具體方法按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、消息預(yù)處理

首先將輸入的文本消息轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的ASCII碼，再將對(duì)應(yīng)的ASCII碼轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行填充操作：在消息后面填充一個(gè)1，然后填充若干個(gè)0，使消息長(zhǎng)度為r的最小整數(shù)倍，并將內(nèi)存狀態(tài)的初始值設(shè)為0；

步驟2、消息吸收處理

將經(jīng)步驟1預(yù)處理后的消息通過(guò)壓縮函數(shù)的多輪迭代完成吸收，具體為：

步驟2.1、首先將預(yù)處理后的消息分為r=8bit一組，共S組，第一個(gè)分組的r=8bit位數(shù)據(jù)與初始內(nèi)存狀態(tài)的前r=8bit位0進(jìn)行異或運(yùn)算，與剩下初始內(nèi)存狀態(tài)的c=56bit位0拼接在一起通過(guò)壓縮函數(shù)運(yùn)算得到64bit中間狀態(tài)；

步驟2.2、將中間狀態(tài)的前8位與預(yù)處理消息的第二個(gè)分組進(jìn)行異或運(yùn)算，與剩下中間狀態(tài)的56bit數(shù)據(jù)拼接在一起再次通過(guò)壓縮函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，依次進(jìn)行計(jì)算直到S組預(yù)處理消息運(yùn)算完畢，完成吸收操作，將不定長(zhǎng)的消息變?yōu)槎ㄩL(zhǎng)的中間狀態(tài)；

步驟3、壓縮函數(shù)處理

每輪壓縮處理時(shí)首先將輸入的定長(zhǎng)的中間狀態(tài)與產(chǎn)生的輪密鑰進(jìn)行輪密鑰加AddRoundKey（·）操作，再通過(guò)非線性置換層Substitution（·）進(jìn)行非線性置換，然后進(jìn)行移位操作RotateNibbles（·），再通過(guò)線性置換層Permutation（·）進(jìn)行線性置換，最后將輪密鑰與本輪輪數(shù)通過(guò)密鑰生成算法進(jìn)行輪密鑰的更新，本輪處理結(jié)束，進(jìn)入下輪迭代，依次迭代i輪，i表示輪數(shù)，完成壓縮函數(shù)處理，得到經(jīng)壓縮函數(shù)處理的中間狀態(tài)；

步驟4、消息擠壓處理

將經(jīng)過(guò)步驟2消息吸收處理后的定長(zhǎng)的中間狀態(tài)取前r=8bit數(shù)據(jù)為第一個(gè)子串H₀，然后將經(jīng)過(guò)步驟3處理得到的經(jīng)壓縮函數(shù)處理的中間狀態(tài)再次取前8bit數(shù)據(jù)為第二個(gè)子串H₁，依次進(jìn)行處理得到8個(gè)子串，拼接到一起即為最后的64bit消息摘要。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法，其特征在于，所述Sponge結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)設(shè)置為：吞吐率r=8bit，容量c=56bit，置換長(zhǎng)度b=64bit，消息摘要長(zhǎng)度為64bit，擁有64bit的內(nèi)存狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法，其特征在于，步驟3中所述的輪密鑰的生成算法采用典型的Feistel結(jié)構(gòu)，將迭代輪數(shù)N_r作為變量參與運(yùn)算，密鑰更新流程如下：

sk_i+1[0]=sk_i[5]；

sk_i+1[1]=sk_i[6]；

sk_i+1[2]=sk_i[7]⊕N_r；

sk_i+1[3]=sk_i[4]；

sk_i+1[4]=sk_i[1]⊕sk_i[5]；

sk_i+1[5]=sbox[sk_i[2]⊕sk_i[6]]；

sk_i+1[6]=sbox[sk_i[3]⊕sk_i[7]]；

sk_i+1[7]=sk_i[0]⊕sk_i[4];

其中，sk_i[n]表示第i輪密鑰的第n個(gè)字節(jié)，⊕表示異或運(yùn)算，sbox[?]表示用s盒對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性變換。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法，其特征在于，所述輪密鑰加后的定長(zhǎng)的中間狀態(tài)通過(guò)Substitution（·）層進(jìn)行非線性置換，所述Substitution（·）層采用16個(gè)并行相同的s盒，s盒為Klein中的4位s盒。