[发明专利]一种轻量级分组密码算法RainSP的实现方法、装置及电子设备

说明书

本发明公开了一种轻量级分组密码算法RainSP的实现方法、装置及电子设备，用于数据安全，本发明涉及计算机加密技术领域；本方法包括如下步骤：S1：获取需要加密的2n位明文P，以及该明文所采用的4n位种子密钥K和加密轮数R；S2：按照高位在左，低位在右的顺序将种子密钥K分成4个n位序列填充到密钥扩展算法的寄存器中，利用密钥扩展算法生成R个轮密钥ksubgt;i/subgt;；S3：按照高位在左，低位在右的顺序将所述明文P分成n位左半支明文信息和n位右半支明文信息；S4：利用所述n位左半支和右半支明文信息进行R轮迭代轮运算得到输出密文；本发明更适合轻量级实现，安全性强度高，具有足够的安全冗余。

技术领域

一种轻量级分组密码算法RainSP的实现方法、装置及电子设备，用于数据安全，本发明涉及计算机加密技术领域。

背景技术

近年来，新型基础设施诸如6G、移动互联网、大数据和云计算等发展迅猛，在微型嵌入式设备等资源受限环境下，AES等算法并非最佳选择，如部分使用环境对算法的芯片大小、运行速度、能量消耗、时延等都有严格的要求；如何安全高效的在资源有限的智能卡等物联网设备上实现加密算法是目前亟待解决的问题。在这些应用需求推动下轻量级分组密码应运而生，随着美国NIST在全球范围内开展轻量级密码算法设计竞赛，轻量级分组密码已经成为对称密码领域的研究热点，国内外学者进行了大量研究并取得了快速发展。国际上先后推出了一系列轻量级分组密码，并发布了ISO国际标准，包括PRESENT（欧洲学者设计）、CLEFIA（日本索尼公司设计）和LEA（韩国设计），美国也发布了自己的轻量级分组密码SIMON和SPECK。

特殊使用环境决定了轻量级分组密码具有以下新特点：算法分组/密钥长度相对较短，S盒规模较小，P置换基于比特换位/异或，密钥扩展算法简单等。从结构上看，轻量级分组算法大都继承了传统分组密码算法的结构如Feistel结构和SPN结构，但在具体细节上又有所不同，如算法采用小规模S盒、简单的P置换如比特置换和字节置换、简洁的密钥扩展算法等。一方面，新的设计理念促进了分组密码的设计和发展；另一方面，尚未成熟的设计理念的引入导致了所设计出的新算法存在一些新型安全威胁，促进了分组密码分析理论的发展。

然而，如何寻找受限环境下分组密码算法在性能与安全性的平衡是一个值得深入研究的问题，一方面这涉及到轻量化的设计和实现，另一方面这也需要考虑到轻量化组件潜在的安全性问题，设计者需要对轻量化的设计进行细致的安全性评估。因此，近年来轻量级分组密码算法的设计和分析成为了对称密码领域的一个研究热点。而近年来提出的部分轻量级分组密码由于采用了过于简单的轮函数或者特殊的密码结构，导致算法在提出不久后就出现安全问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决受限环境下分组密码算法在性能和安全性的平衡的技术问题，本发明提供一种轻量级分组密码算法RainSP的实现方法、装置及电子设备，RainSP算法采用变形 Feistel 结构，轮函数采用ARX模块，仅包含模加操作，循环移位操作和异或操作 (Addition Modulo-Rotation-XOR)；得益于精心构造的比特级轮函数，在保证达到较高安全性的同时，算法还具有出色的软件和硬件性能，非常适合轻量级实现；同时，我们对RainSP算法进行了安全性分析，分析结果表明RainSP系列算法各个版本均具有较高的安全冗余。

本发明采用的技术方案如下：一种轻量级分组密码算法RainSP的实现方法，包括如下步骤：

S1：获取需要加密的2n位明文P，以及该明文所采用的4n位种子密钥K和加密轮数R；

S2：按照高位在左，低位在右的顺序将种子密钥K分成4个n位序列填充到密钥扩展算法的寄存器中，利用密钥扩展算法生成R个轮密钥k_i；

S3：按照高位在左，低位在右的顺序将所述明文P分成n位左半支明文信息和n位右半支明文信息；

S4：利用所述n位左半支明文信息和n位右半支明文信息进行R轮迭代轮运算得到输出密文。