近些年来,轻量级分组密码算法是密码学中一个非常热门的研究方向。轻量级分组密码算法能很好的应用于当下飞速发展的物联网,无线传感器网络,智能卡,各种穿戴式设备等资源受限的环境中去。相对于传统的分组密码,轻量级分组密码有着实现方便,功耗低,运行速度快,只需要少量的硬件资源就能实现的特点。但对于它们的安全性强度问题就引起了越来越多密码学专家的研究,以便更好的在实际环境中应用。差分故障攻击是由E.Biham和A.Shamir为了深入研究数据加密协议(Data Encryption Standard,DES)的安全性提出的一种新方法。差分故障攻击是把数学分析理论和物理分析方式相结合的一种分析手段。它只需要较少的故障密文和较小的搜索空间就能恢复出密码算法的原始密钥,所以差分故障攻击被广泛用于各种轻量级分组密码的安全性分析中。本文选取了两个基于代换置换网络(Substitution Permutation Network,SPN)结构设计的轻量级分组密码算法进行分析:PRESENT算法和KLEIN算法。本文通过分析PRESENT算法和KLEIN算法结构特点,故障传播特点,设计出适合的攻击模型,然后用软件搭建加解密过程和攻击过程,对这两种加密算法进行差分故障攻击并分析它们的安全性。最后提出了针对KLEIN算法的一种改进方法来防御差分故障攻击。具体的研究内容如下:1.说明了PRESENT算法的结构设计特点,根据PRESENT算法故障传播特性,创建不同的攻击模型,用改进后的差分故障攻击方式,对PRESENT算法进行了攻击。具体攻击在PRESENT算法加密过程中导入故障,分别在30轮,29轮直到3轮进行攻击,还原该算法的原始密钥,并对攻击结果和安全性进行分析。2.说明了KLEIN算法的结构设计特点,根据KLEIN算法故障传播特性,同样创建攻击模型,对KLEIN算法进行了单字节差分故障攻击。具体攻击分别在KLEIN算法加密过程的第10轮,第9轮直到第4轮进行攻击,最后恢复出KLEIN算法全部的原始密钥,并对攻击结果和安全性进行分析。3.说明了极大距离可分码(Maximal Distance Separable,MDS)矩阵基于指数直接构造方法,给出了理论证明过程。把新生成的MDS矩阵动态的应用于KLEIN算法的加密过程中,分析了改进后KLEIN算法差分故障攻击的复杂度和安全性提升。