简述LBlock算法

近年来，随着物联网无线传感技术的广泛应用，如何将加密算法用尽可能小的面积实现，同时又要保证加密效率的问题成了研究热点，因此，轻量级分组密码应运而生并不断发展完善。下面我们就来了解一下LBlock算法。

LBlock算法简介

LBlock算法是我国学者吴文玲和张蕾在ACNS2011提出的轻量级分组加密算法，其分组长度是64比特，密钥的长度是80比特，是32轮迭代分组算法，采用Feistel算法结构，加密算法和解密算法互逆，使用的轮密钥顺序相反，其次对密钥扩展算法进行了独创设计，采用的是Feistel结构和SPN结构。

LBlock算法的加密过程

LBlock算法的加密过程主要包括轮密钥加(AddKey)，S盒变换(SubCell)，P混合(Permutation)操作；同时对密钥扩展key进行S盒变换(SubCell)、p置换(Exchange)操作、与轮数异或。

在设计上LBlock算法仍采用与传统分组密码类似的迭代结构，将明文用轮函数在密钥的作用下进行多次迭代得到密文。密钥扩展算法的设计借鉴了PRESENT算法的设计理念，采用非线性移位寄存器, 利用S盒变换和循环移位生成轮密钥。

设M=X₁‖X₀表示64比特明文，则加密过程如下：

1. 对i=2,3，…，33，执行Xi=F（X_i-1，K_i-1）⊕（X_i-2＜＜＜8），其中＜＜＜8表示左循环移8位。
2. 输出C=X₃₂‖X₃₃为64比特密文。

每轮所使用的F函数根据如下定义：

轮函数F：轮函数F是由混淆函数S和扩散函数P组成，组成方式如下：

F{0, 1}³²*{0, 1}³² →{0,1}³²→（X, K_i）→U=P （S (X⊕K_i)）

混淆函数S是非线性层，是轮函数F的重要部分，它由8个S盒组成，每个S盒为4x4比特。扩散函数P是8个4比特字组成的置换。

LBlock算法的解密过程

LBlock算法的解密过程就是加密过程的逆过程，具体过程如下：

1. 对i=31,30，…，1,0，计算X_i=F（X_i＋1，K_i＋1）⊕（X_i＋2＞＞＞8）。
2. 输入P=X₁‖X₀为64比特明文。

LBlock算法的密钥扩展算法

将80比特主密钥K存入密钥寄存器中，定义密钥寄存器K=k₇₉k₇₈k₇₇k₇₆……k₁k₀，输出密钥寄存器K中的最左边的32比特作为轮密钥K₁，然后进行如下操作：

1. For i=1,2,...，31，根据如下方式更新密钥寄存器K。
2. K<<<29。
3. {k₇₉k₇₈k₇₇k₇₆}=s9{k₇₉k₇₈k₇₇k₇₆}，{k₇₅k₇₄k₇₃k₇₂}=S8{k₇₅k₇₄k₇₃k₇₂}。
4. {k₅₀k₄₉k₄₈k₄₇k₄₆}⊕{i}_2。
5. 输出密钥寄存器K中的最左边32比特作为轮密钥K_i+1，其中S8、S9是两个4X4比特S盒。

LBlock算法的优点

与其他轻量级分组密码相比，LBlock算法执行效率更高，适应性更强，其占用资源小，易于实现，且具有良好的随机性以及安全性。

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