[發(fā)明專(zhuān)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(zhuān)利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L9/06
• 分類(lèi)號(hào): H04L9/06
• 代理公司: 西安弘理專(zhuān)利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅磊

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法，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)，具體方法為：將預(yù)處理后的消息通過(guò)多輪壓縮函數(shù)迭代完成吸收操作，即將不定長(zhǎng)的消息變?yōu)槎ㄩL(zhǎng)的中間狀態(tài)；再將中間狀態(tài)通過(guò)多輪壓縮函數(shù)迭代，每輪輸出一個(gè)子串，拼接成定長(zhǎng)的消息摘要。本發(fā)明的一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法所構(gòu)造的哈希函數(shù)既有安全保證又滿足輕量化需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(Internet of Things, IOT)的高速發(fā)展，其存在的安全隱私問(wèn)題也越發(fā)受到人們重視。作為應(yīng)對(duì)安全威脅及進(jìn)行身份識(shí)別、鑒定消息完整性的Hash函數(shù)在射頻識(shí)別系統(tǒng)（Radio Frequency Identification，RFID），無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensor Network, WSN)等資源受限場(chǎng)景下也面臨著新的要求與挑戰(zhàn)。資源受限環(huán)境下的硬件只有很小的存儲(chǔ)空間和有限的計(jì)算能力，這就要求應(yīng)用其中的Hash算法除了提供一定的安全保證外還需要滿足輕量化需求。

Hash函數(shù)的輕量化可以是設(shè)計(jì)全新的Hash函數(shù)也可以是對(duì)現(xiàn)有Hash的輕量化改進(jìn)，其中將輕量化加密算法應(yīng)用到Hash函數(shù)的設(shè)計(jì)中也是密碼學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法，所構(gòu)造的哈希函數(shù)既有安全保證又滿足輕量化需求。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于Sponge結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)哈希函數(shù)構(gòu)造方法，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)，具體方法為：將預(yù)處理后的消息通過(guò)多輪壓縮函數(shù)迭代完成吸收操作，即將不定長(zhǎng)的消息變?yōu)槎ㄩL(zhǎng)的中間狀態(tài)；再將中間狀態(tài)通過(guò)多輪壓縮函數(shù)迭代，每輪輸出一個(gè)子串，拼接成定長(zhǎng)的消息摘要。

本發(fā)明的特征還在于，

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)。

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)。