随着物联网的快速发展和普及,资源受限的物联网设备如电子标签、无线传感器等部署领域也越来越广泛,保障这些设备信息安全的轻量级分组密码的设计与实现成为当前非常重要的一个研究热点。本文致力于面向体系结构的轻量级分组密码研究与实现,重点研究面向体系结构的轻量级分组密码硬件优化实现方法,结合最小化电路、最短路径、最佳共享等技术对PRINCE算法部件以及硬件体系结构进行优化,同时利用比特切片技术提出一种新的基于平衡Feistel结构的轻量级分组密码SCENERY算法,主要工作内容如下:（1）分析了PRINCE算法部件以及加密过程的基本原理,利用最小化电路、最短路径、最佳共享等技术对PRINCE算法部件以及硬件体系结构进行了优化。为达到最小化电路和存储空间的目的,提出了一种使用较少电路实现列混淆模块的方法,同时引入新的变量1′,对轮常量加和轮密钥加的硬件实现方法进行了整合优化。基于部件的优化以及部件间的最佳共享技术,提出了三种PRINCE硬件体系结构:展开结构、低成本结构和二周期结构。Virtex-6实验结果表明,与现有PRINCE实现方法相比,展开结构、低成本结构和两周期结构的硬件实现所需资源分别减少了73、119和483 Slices,新提出的三种硬件体系结构具有更高的资源效率,适用于低资源、低延迟的加密应用。（2）利用比特切片技术提出了一种新的基于平衡Feistel结构的轻量级分组密码SCENERY算法。SCENERY的分组长度为64比特,密钥长度为80比特,迭代轮数为28轮。为保证平衡Feistel结构的扩散速度,该密码在扩散层中应用了一种可通过移位和异或运算即可实现的二进制矩阵,通过雪崩效应实验证明,SCENERY密码可在4轮达到完全依赖。同时,为提高密钥安全性,该密码应用了一种新的具有动态置换的密钥扩展方法。经分析验证,该方法使密钥生成随机化,提高了密钥反向推导的复杂度。此外,本文基于MILP自动化搜索模型对算法进行了安全分析,分析结果表明,SCENERY足以抵抗差分分析、线性分析和不可能差分分析等,具有较高的安全性。最后,设计并利用FPGA技术实现了三种面向不同体系结构的SCENERY算法。Virtex-6实验结果表明,基于一轮迭代结构的硬件实现需要130 Slices,吞吐量和加密效率分别为1234.56 Mbps和9.5 Mbps/Slice,与其他密码相比,SCENERY在面积消耗、吞吐量和加密效率上达到了良好的折中。