0 引言

    序列密碼是一種對(duì)稱(chēng)密碼算法，即加密密鑰和解密密鑰是相同的。序列密碼的經(jīng)典結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)部件：驅(qū)動(dòng)部件和密鑰流輸出部件，驅(qū)動(dòng)部件通過(guò)迭代運(yùn)算更新內(nèi)部狀態(tài)，輸出部件抽取一部分內(nèi)部狀態(tài)的比特值，經(jīng)過(guò)復(fù)雜運(yùn)算產(chǎn)生密鑰流。加密時(shí)，密鑰流和明文異或產(chǎn)生密文，解密時(shí)，密鑰流和密文異或產(chǎn)生明文。通俗地講，序列密碼算法可以認(rèn)為是分組密碼的密鑰擴(kuò)展算法。

    序列密碼的一個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是必然有內(nèi)部狀態(tài)，這使序列密碼容易受到時(shí)間存儲(chǔ)折中攻擊(Time Memory Data Tradeoff，TMD)，為了抵抗這種攻擊，通常要求序列密碼的內(nèi)部狀態(tài)的長(zhǎng)度至少是密鑰長(zhǎng)度的兩倍，例如序列密碼Grain^[1]、Grain-128a^[2]系列密碼算法，它們的內(nèi)部狀態(tài)是密鑰長(zhǎng)度的兩倍，而Trivium算法^[3]的內(nèi)部狀態(tài)大于密鑰長(zhǎng)度的兩倍。這導(dǎo)致序列密碼在硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)所占用的硬件資源代價(jià)過(guò)大，例如Trivium算法的硬件面積是2 580門(mén)，不適用于資源受限、低功耗、物聯(lián)網(wǎng)等新的應(yīng)用場(chǎng)景。

    為了既能抵抗TMD攻擊，又能減小內(nèi)部狀態(tài)的長(zhǎng)度，研究人員最近幾年提出了“小狀態(tài)”輕量級(jí)序列密碼研究。那些能夠抵抗TMD攻擊且內(nèi)部狀態(tài)的長(zhǎng)度小于密鑰長(zhǎng)度的兩倍的輕量級(jí)序列密碼，稱(chēng)為小狀態(tài)輕量級(jí)序列密碼(Small State Lightweight Stream Cipher)。

    本文介紹了四個(gè)小狀態(tài)的輕量級(jí)序列密碼算法，依次是Sprout^[4]、Fruit-80^[5]、Plantlet^[6]、Lizard^[7]；主要介紹它們的設(shè)計(jì)理念和最新的分析結(jié)果，來(lái)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，總結(jié)研究成果，促進(jìn)小狀態(tài)的輕量級(jí)序列密碼的研究。

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作者信息:

王明興1，2，苗三立1，朱明佳1

(1.中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所，北京102209；2.密碼科學(xué)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100878)