SKINNY加密算法详解(无代码，仅加密)

小咪咪 2022-01-10 05:27 283阅读 0赞

原作者论文请参考《The SKINNY Family of Block Ciphers and Its Low-Latency Variant MANTIS》

地址为：[https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-53008-5\_5][https_link.springer.com_chapter_10.1007_978-3-662-53008-5_5]

代码及资源分析等参见：[https://sites.google.com/site/skinnycipher/home][https_sites.google.com_site_skinnycipher_home]

SKINNY 和 AES 类似，都是SPN结构的加密算法。

本文中截图多来自上述论文。

**一、整体流程**

![1614024-20190227172458016-1652667337.png][]

其中包括5个步骤，分别为**字节替换、轮加常数、轮加密钥、行移位、列混淆**。

SKINNY有一下几种模式：

![1614024-20190227172407365-2100285992.png][]

其中，n为明文长度，有64位和128位两种；对于每种明文，密钥有3种形式n/2n/3n，即64/128位、64/128 \* 2位、64/128 \* 3位；对应的模式下，分别运行32、36、40...轮。

首先，将明文划分为16份，若明文为64位，则每份半个字节；若为128，每份一个字节。![loading.gif][]

![1614024-20190227173538754-1418707437.png][]

可变长度的密钥为以下形式，tk = tk0 tk1 ... tk16z-1 ，这里 z = 1, 2, 3。令0≤i≤15，当 z = 1 有TK1i = tki，当 z = 2 有TK1i = tk16+i，当 z = 3 有TK1i = tk32+i。

**　　1. 字节替代(Subbyte)**

**　　**字长有4bit和8bit两种，分别有对应的SBOX，对于4bit形式，有如下SBOX，

![1614024-20190227175005023-1597127335.png][]

上述4-bit SBOX可以用或非门和异或门实现，如下操作：

![1614024-20190407105917689-2054084201.png][]

对于4-bit和8-bit S盒，有如下结构：

![1614024-20190407110115336-1116966285.png][]

对于8-bit S盒有以下操作，首先，

![1614024-20190407110332863-700249251.png][]

然后进行位置换，

![1614024-20190407110416961-1674468647.png][]

重复以上步骤4次，但是在最后一次时仅对x1和x2置换。

**　　2. 加常数（AddConstants）**

6位的线性反馈移位寄存(LFSR)来产生常数，按以下方式更新：

![1614024-20190407110755174-348634812.png][]

LFSR的初始值为000000，在进行AddConstants操作前，进行更新。如进行第一轮AddConstants操作前，先进行000000→000001。

然后，

![1614024-20190407110949608-935874189.png][]

![1614024-20190407111004077-893291867.png][]

得到矩阵，将此矩阵加到状态矩阵上。

![1614024-20190407111024840-1603108230.png][]

**　3. 轮密钥加(AddRoundTweakey)**

密钥的第一行和第二行和状态矩阵相应的位置异或，对于 i = \{0,1\} 和 j=\{0,1,2,3\}，有以下操作：

![1614024-20190407113150229-1851865354.png][]

然后将密钥按下图更新：

![1614024-20190407113326593-1238323537.png][]

其中，置换函数PT 为：

![1614024-20190407131539279-1753130859.png][]

即（0，...，15）→ (9,15,8,...，5,6,7)，其中数字代表密钥矩阵的单元；

**4. 行移位(ShiftRows)**

**　　![1614024-20190407132637015-528808185.png][]**

矩阵第0行不变，第1行循环右移1个字节，第2行循环右移2个字节，第3行循环右移3个字节，可等效为以下字节置换操作；

![1614024-20190407132718677-1231082791.png][]

**　　5. 列混淆(MixColumns)**

**　　**M \* IS，其中，

![1614024-20190407132539215-1537612950.png][]

![1614024-20190407132740100-1512606873.png][]

若NSi表示更新后的第i行，Si表示更新前的第i行，参考以上形式，有

![1614024-20190407132956186-17625697.png][]

转载于:https://www.cnblogs.com/leyouliu/p/10665078.html

[https_link.springer.com_chapter_10.1007_978-3-662-53008-5_5]: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-53008-5_5
[https_sites.google.com_site_skinnycipher_home]: https://sites.google.com/site/skinnycipher/home
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