[發明專利]一種可接受任意明文長度的輕量級加密方法

在審

• 申請號: 202210150979.5
• 申請日: 2022-02-18
• 公開（公告）號: CN114513298A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 張星;陳健;李天寧;李曉薇
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06;H04L9/08
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 杜娟

本發明公開了一種可接受任意明文長度的輕量級加密方法，涉及網絡與信息安全技術領域，該方法包括密鑰生成、明文加密以及密文解密。所述密鑰生成，是將主密鑰變換為子密鑰和白化密鑰，其中白化密鑰可適應明文長度的變化；所述明文加密，是將任意長度大于128比特的明文經過五層的處理后得到與明文等長的密文，其中主要利用LaiMassey結構和CTR加密模式來構建五層的結構；所述密文解密，是用與明文加密相同的處理流程得到原始明文。本發明通過使用對合的組件和對稱的結構實現了算法的加解密流程一致，采用簡單高效的組件代替現有技術中計算量較大的哈希函數，與現有技術相比，提高了算法的運行效率，節省了軟硬件實現的成本。

技術領域

本發明涉及網絡與信息安全技術領域，更具體的說是涉及一種可接受任意明文長度的輕量級加密方法。

背景技術

在網絡與信息安全技術領域，加密模式通過調用分組密碼來處理長度大于分組長度的明文。傳統的加密模式有CBC、ECB、CTR、OCF、CFB等，這些模式只能處理明文長度為分組長度整數倍的數據。對于不足分組長度整數倍的明文采取填充后再加密的方法，這就使得加密后的密文長度大于明文長度。這種方式會增加系統以及通信的開銷。另外，上述的加密模式具有擴散性不強的缺點。針對該缺點，出現了一批可以接收任意明文長度的加密模式，例如HCH、HCTR、ABL。此類加密模式大都使用哈希函數作為組件。哈希函數的計算量較大，如果使其運行在資源受限的微型計算處理設備上，則會大量占用設備資源，不利于微型計算處理設備執行其他重要的任務。

隨著物聯網的快速發展，出現了大量微型計算處理設備，此類設備的運算能力較弱、存儲能力有限。現有的以哈希函數為基礎的加密模式計算較大，難以在此類設備上運行。在這種情況下，輕量級密碼應運而生，并成為密碼學的一個研究熱點。輕量級密碼是依據密碼的應用環境、實際擁有的資源而提出的一個概念。因此，對本領域技術人員來說，如何設計一種可接收任意明文長度的輕量級加密模式，使其可以在資源受限的物聯網設備上運行，是亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種可接受任意明文長度的輕量級加密方法，以解決背景技術中的問題，使其可以在資源受限的物聯網設備上運行。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種可接受任意明文長度的輕量級加密方法，具體步驟包括如下：

密鑰生成：將主密鑰變換為子密鑰和白化密鑰，其中，所述白化密鑰由關聯數據和所述子密鑰生成；

明文加密：利用所述子密鑰和所述白化密鑰將明文經過五層結構處理后得到與明文等長的密文，其中主要利用Lai Massey結構和CTR加密模式來構建所述五層結構；

密文解密：通過明文加密逆序處理得到原始明文。

可選的，所述密鑰生成的具體過程為：

拆分所述主密鑰后生成中間密鑰，將所述中間密鑰兩兩組合生成所述子密鑰；

利用關聯數據和所述子密鑰生成所述白化密鑰。

可選的，所述明文加密的具體過程為：

S1、將任意長度的明文作為輸入，并將所述明文其分成第一明文和第二明文；

S2、對所述第一明文使用分組密碼進行加密操作，得到第一子明文；對所述第二明文使用所述白化密鑰進行加密操作，得到第二子明文；

S3、對所述第一子明文與所述第二子明文進行補全操作，并接著對所述第一子明文與所述第二子明文進行異或操作，異或結果與所述子密鑰共同輸入到壓縮函數中，壓縮函數生成的值與所述第一子明文進行異或操作，得到第三明文，壓縮函數生成的值與所述第二子明文進行異或操作，得到第四明文；

S4、將所述第三明文輸入到非線性組件中形成初始向量，然后使用CTR加密模式加密初始向量形成中間量，將所述中間量與所述第四明文進行異或操作，得到第五明文；