创新S-Box提升Roadrunner轻量级密码硬件优化效率

本文主要探讨了在资源受限设备上改进轻量级分组密码算法 Roadrunner 的硬件优化方法。随着物联网(IoT)设备和嵌入式系统的广泛应用，对高效、安全且低功耗的加密方案的需求日益增长。Roadrunner 是一款表现出色的软件效率高的轻量级密码体制，其安全性已得到证明，能抵御线性和差分攻击，适用于资源有限的环境。 文章的核心创新在于设计了一种新型的 S-Box 层，这是密码学中的关键组成部分，负责将输入的明文转换为混淆的密文，以增强加密系统的复杂性和安全性。传统 S-Box 实现通常依赖于查找表 (LUT)，但这可能导致硬件资源的浪费。作者提出了一种创新方法，将原本的四个比特 (4-bit) S-Box 分解为八个不同的可分解 S-Box，每个 S-Box 使用仿射变换和单个共享的二次置换进行构造。 通过这种方法，每个 S-Box 的操作被简化，减少了硬件实现所需的逻辑门数量，从而节省了面积消耗。具体来说，相比于传统的 LUT 实现，新设计能够节省高达 51% 的面积，这对于空间受限的硬件平台来说是一项显著的优化。这种分解和合并策略使得整个 S-Box 层的设计更加紧凑，同时保持了加密性能。 此外，论文可能还讨论了如何将这些分解后的 S-Box 集成到 Roadrunner 的整体架构中，确保了加密算法在硬件上的高效执行。可能还会涉及到硬件实现的细节，如电路设计、延迟分析以及功耗优化等方面，以满足实际应用中的性能和能耗要求。 本文的工作为轻量级密码算法 Roadrunner 的硬件优化提供了一种创新且实用的解决方案，不仅提高了加密性能，还降低了硬件成本，对于边缘计算和物联网设备的加密保护具有重要意义。这对于密码学研究者和半导体设备制造商来说，都是值得深入研究和借鉴的成果。