BeeCipher:一种32比特分组长度的轻量级密码算法1罗宜元林智伟陈炜家徐禄丰(上海电机学院,电子信息学院上海200240)摘要:本文设计了一个32比特分组长度，64比特密钥长度的分组密码BeeCipher。该算法基于IDEA和Lai-Massey结构，对IDEA算法的32比特版本的轮函数进行了改进，添加了正交置换，使得其具有可证明安全性，并且修改了密钥调度过程，从而使得目前已有对IDEA算法的攻击都对BeeCipher无效。BeeCipher的软件实现也非常简单，其速度要比目前已有的大多数32比特分组长度算法要快很多，硬件实现也很简单，这使得BeeCipher成为32比特分组长度轻量级分组密码中有力的候选算法。关键词:计算机安全;密码学；分组密码；轻量级:TP309.7文献标志码：ABeeCipher:A32-bitBlockLengthLightweightBlockCipherLuoYi-yuanandLinZhi-weiandChenWei-激aandXuLu-feng(SchoolofElectronicsandInformation,ShanghaiDian激University,Shanghai200240,China)Abstract:Inthispaperweproposea32bitblocklength,64bitkeylengthblockcipherBeeCipher.ThestructureofBeeCipherisbasedonthestructureofIDEAandLai-Massey.WerevisetheroundfunctionofIDEA-32versionandaddanorthomorphismtotheroundfunction,whichcanachieveprovablesecurity.ThekeyscheduleisalsoupdatedsuchthatallknownattacksonIDEAcannotbeappliedtoBeeCipher.ThesoftwareimplementationofBeeCipherissimpleandisfasterthanmostofother32bitblockciphers.ThehardwareimplementationofBeeCipherisalsosimpleandfastduetoitssimplebyteoperations.BeeCiphercanbeacandidatefor32bitblockciphersforlightweightapplications..KeyWords:Cryptography；ComputerSecurity;Cryptology;BlockCipher；Lightweight1.引言随着信息技术的发展，信息安全性的问题却愈来愈显得突出，保证信息安全的一个重要技术就是密码学。密码学在信息安全技术中扮演着基础的角色，是攻击者最难攻破的模块。而分组密码又是密码学中最常用的算法，是信息安全中的主力，通常称为信息安全中的驿马。目前学术界对分组密码的设计和研究已经相当成熟，每年都有很多新的加密算法推出。由于物联网等相关技术的进步，人们发现传统的加密算法已经在资源受限的环境中无法得到的广泛应用，因此，对资源消耗较少、实现效率较高的轻量级密码算法的设计已经成了学术界关注的热点。对于轻量级密码算法的设计，目前常用的算法的长度都是64比特长度的，例如PRESENT,LED,PRINTCipher,Twine,LBlock等[3,6,8,10,12,14]。在某些特殊应用下，用户可能会需要32比特分组长度的分组密码，例如如下场景：（1）一个网站系统的数据库用户ID在数据表中是以32比特整型数字来表示，网站系统希望在用户访问的URL中标明这些ID，但同时又不让其他的用户知道用户ID的数量，一个很简单的方法就是使用一个32比特分组长度的加密算法对这些ID进行加密，将加密后的URL发给用户，使得用户无法查看ID的数量。同时当用户使用相应的URL访问时网站，系统就会进行相应的解密，并调出相应的用户ID。（2）有些场景中需要将一组按序排列的32比特整数加密成另外一组无序排列的32比特的整数，同时需要一定的安全性。对于64比特的密钥长度，穷举攻击需要264次加密过程，对于非政府或军事组织来说还是很难破译的。例如，为了攻击64比特的RC5算法，distributed花了4年10个月的时间，使用了7万台计算机才能恢复其密钥。所以，目前的64比特密钥的算法对于抵抗个人和小型组织的攻击还是能够提供一定的安全性。1基金项目：国家自然科学基金（61402280)，上海电机学院计算机应用技术学科建设（13XKJ01，A1-1201-14-005)，大学生科创项目.第一作者简介：〔罗宜元（1986.9-），男，讲师，博士，主要研究方向为密码学，E-mail:luoyy@sdju.edu〕.目前已有的轻量级算法主要采用Feistel结构及其扩展和SPN结构（代换置换网络）,如PRESENT采用代换置换网络结构，LBlock主要采用的是Feistel扩展结构等。除了Feistel结构和SPN结构外，还有一类比较成熟的分组密码设计结构Lai-Massey结构[13],以IDEA,FOX算法为代表[7,9]。其中IDEA是一个饱经考验...