CREST分组密码算法的轮函数设计 CREST是一种轻量级分组密码算法，设计目标是在资源受限的环境（如物联网设备）中提供高效的安全保障。其轮函数结合了非线性替换、线性扩散和密钥加操作，下面我们逐步分析轮函数的设计细节。 1. 算法基础参数 分组长度 ：64位 密钥长度 ：80位或128位 轮数 ：32轮（根据密钥长度调整） 轮函数结构 ：采用 SPN（Substitution-Permutation Network）结构 ，每轮包含以下步骤： 2. 轮函数详细步骤 步骤1：轮密钥加（AddRoundKey） 将64位输入状态与当前轮密钥进行 异或（XOR） 操作。 轮密钥通过密钥扩展算法从主密钥生成，每轮使用64位轮密钥。 步骤2：非线性替换（S盒层） 将64位状态划分为 16个4位子块 ，每个子块输入到4×4的S盒中进行替换。 CREST使用 两个不同的S盒（S0和S1） ，交替应用于子块以增强非线性性： 偶数索引子块（0,2,4,…）使用S0 奇数索引子块（1,3,5,…）使用S1 S盒示例 （具体值需参考算法标准）： S0: [ 4, 0, 1, 7, 2, 9, 15, 6, 13, 8, 11, 12, 3, 5, 14, 10 ] S1: [ 1, 13, 9, 0, 2, 10, 8, 4, 5, 11, 6, 3, 12, 15, 7, 14 ] 步骤3：线性扩散（P盒层） 对S盒输出进行 位级置换 ，确保单个S盒的变化扩散到整个状态。 CREST的置换设计基于 轻量级循环移位和交换操作 ，例如： 将64位状态视为8×8的方阵，对每行进行循环左移（偏移量由行索引决定）。 随后对列进行混合操作，例如通过模2加法（XOR）组合特定位。 步骤4：轮常数加（可选） 部分版本会添加轮常数以抵抗对称性攻击，通常通过XOR将常数注入状态的高位。 3. 轮函数设计的关键技术点 轻量化设计 ：S盒和P盒均采用小规模查表或简单位运算，适合硬件实现。 安全性平衡 ：通过交替S盒和精心设计的扩散层，抵抗差分密码分析和线性密码分析。 密钥扩展 ：轮密钥通过线性反馈移位寄存器（LFSR）和S盒生成，确保密钥雪崩效应。 4. 安全性考虑 32轮设计可有效抵抗已知攻击（如差分攻击需约2^60复杂度）。 轻量级特性可能面临侧信道攻击风险，需结合实际应用添加防护措施。 通过以上步骤，CREST的轮函数在有限资源下实现了安全性与效率的平衡。