【摘 要】
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随着边缘计算技术的快速发展,网络边缘接入用户和设备数量急剧上升,海量隐私和敏感数据产生在边缘设备上,边缘计算环境下频繁的数据交换过程带来了大量的数据安全传输需求。然而,资源受限的边缘设备无法满足传统加密技术的资源需求,如何在资源受限设备上保证数据传输的安全性已成为了一个难题。轻量级加密技术使用实现成本较低的密码结构以及加密算法,利用少量资源开销为资源受限设备提供安全性,其具有低存储需求、低执行时间
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随着边缘计算技术的快速发展,网络边缘接入用户和设备数量急剧上升,海量隐私和敏感数据产生在边缘设备上,边缘计算环境下频繁的数据交换过程带来了大量的数据安全传输需求。然而,资源受限的边缘设备无法满足传统加密技术的资源需求,如何在资源受限设备上保证数据传输的安全性已成为了一个难题。轻量级加密技术使用实现成本较低的密码结构以及加密算法,利用少量资源开销为资源受限设备提供安全性,其具有低存储需求、低执行时间、高吞吐量以及低能耗等优势。因此,本文主要研究适用于边缘计算环境下边缘设备的轻量级加密技术。本文主要进行了如下三个方面的研究工作。（1）针对第一类广义Feistel密码结构扩散性能较差的问题,本文提出了一种扩展的第一类广义Feistel结构EGFN-Type1。首先,通过在第一类广义Feistel结构的非线性层与置换层之间引入一个线性层的方法来扩展第一类广义Feistel结构。然后,对提出的结构进行实现成本以及扩散性能的分析。结果表明,本文提出的结构相比其它广义Feistel结构具有较好的扩散性能以及较低的实现成本。（2）针对边缘计算环境下资源受限的边缘设备数据传输安全问题,本文提出了一个基于EGFN-Type1结构的轻量级分组加密算法ALLPC。该算法的分组长度为64位,密钥长度为128位,迭代轮数为25轮。此外,本文对ALLPC加密算法的安全性进行了分析,结果表明:ALLPC算法能够抵抗线性密码分析、差分密码分析以及零相关线性密码分析等攻击,具有较高的安全性。（3）针对边缘计算环境中轻量级分组加密算法性能评估的问题,本文从硬件实现和软件实现两方面对ALLPC加密算法进行性能评估。首先,本文提出了一个该算法的序列化硬件实现结构,硬件实现成本相比于PRESENT算法减少了316GE。然后,本文在STM32F103嵌入式平台进行软件性能评估,结果表明,ALLPC算法相比PRESENT算法具有较低的执行时间并减少了约95%的能耗。
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