PRESENT分组密码的加解密实现与应用开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1项目目的及意义

近年来，随着信息技术的飞速发展，物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一。由于大多数智能设备都是低资源设备，其特点是计算能力低、电池供应有限、面积小和/或内存容量小。由于物联网上使用的微型计算设备计算能力有限，传统的安全方案资源消耗过大而不能够适用。以往经典的加密算法如高级加密标准（aes），侧重的是提供高级别加密性能，而没有过多的考虑硬件资源开销问题。显然，在rfid这种硬件资源极端受限的环境下，采用高性能的加密算法是不明智的选择。在这种背景之下，轻量级分组密码算法应运而生。轻量级分组密码算法必须能够在硬件资源严格受限的硬件设备上 快速执行且要保证相对的安全性。轻量级密码算法与传统密码算法相比，轻量级密码算法的执行效率更高、计算资源消耗更少，更适合于计算能力有限的rfid 标签、微型无线传感器等设备。

分组密码算法是密码学中的一个研究热点，被广泛应用于网络与信息系统安全中的数据加解密。随着无线通信与网络技术的发展，普通的分组密码算法难以满足无线终端资源受限环境的应用需求，轻量级分组密码的设计与分析成为了当前的研究热点，一大批轻量级分组密码算法被提出。

本系统主要研究目的如下：

2. 研究的基本内容与方案

2.1系统设计整体内容及目标

本次的研究内容是利用并通过exit.js环境来搭建一个PRESENT加解密算法系统，系统包含的功能如下：利用伪随机数生成器生成PRESENT的密钥；实现PRESENT加密算法:包括轮密钥加、位置换、密钥编排等；实现PRESENT解密算法：包括轮密钥加、逆置换、逆向密钥编排等。

2.2拟采取的技术方案及措施

PRESENT算法采用SP网络结构，分组长度为64bits，加密轮数为3l轮，密钥长度分 80bits和128bits两种。每轮加密过程中，采用异或运算引入轮密钥K{(1≤i≤32)。算法中的非线性置换使用16个相同的4位S盒并行，置换层用到一个P置换。S盒如下表所列。整个算法的加密流程如下图所示。

PRESENT算法的S盒

PRESENT-80的算法流程

2.2.1加密过程

以80bit密钥的PRESENT密码为例，轮密钥扩展进行32轮的相同迭代变换，轮变换的输入、输出均为80bit，每一轮的轮密钥都取相应轮次密钥扩展变换之后输出的80bit中最左侧的 64bit。（如流程图的右部）

31轮迭代每轮进行轮密钥异或和S盒代换，w_i=S[w_i](o≤i≤15);并在最后一轮进行一次轮密钥异或 (Add-RoundKey)，得到最终的密文C。（如流程图左部）

2.2.2解密过程

PRESENT密码解密过程中需要对每个加密部件进行取逆运算并进行31轮的解密轮函数运算，同时还包括最后的轮密钥异或。其中，密钥的使用与加密过程正好相反。

31轮迭代每轮进行逆轮密钥异或即反向采用轮密钥进行异或运算、逆P置换和逆S盒置换，再在最后一轮再与初始轮密钥进行异或，从而得到最终的明文。

系统构架主要分为三部分：一是加密系统，二是解密系统，三是密钥生成机制，这里选用伪随机数生成密钥的方式。

3. 研究计划与安排

1）第1-2周：阅读相关文献，确定选题，完成开题报告；

2）第3-5周：继续阅读文献，学习present加解密算法流程；

4）第6周：了解exitjs环境，并进行基础的项目搭建工作。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]路安平，杨济民，李锋(2014).几种轻量级加密算法的比较研究[j].现代电子技术，2014，37(12):37-41.

[2]李悦，李玮，曹艳琴(2016).几种轻量级分组密码算法的性能分析[j].计算机应用与软件，2016，33(10):317-320.

[3]bassam j.mohd，thaierhayajneh(2018).lightweight block ciphers for iot: energy optimization andsurvivability techniques[j].ieee access，2018,(6):35966-35978.