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基于L-M-NFSR结构的16比特S盒设计方法
基于L-M-NFSR结构的16比特S盒设计方法
摘要：
S盒作为密码学中的重要组成部分，在密钥生成和置换阶段起到了至关重要的作用。本文提出了一种基于L-M-NFSR结构的16比特S盒设计方法，通过引入非线性函数和混淆机制，使得S盒在抵抗相关攻击和线性密码分析方面具有较强的安全性。具体而言，我们首先介绍了L-M-NFSR结构和16比特S盒的基本原理，随后详细讨论了设计方法，包括非线性函数的选择、混淆机制的引入以及关键参数的设定等。最后，我们通过实验和性能分析验证了所提出方法的有效性和可行性。
关键词：S盒，L-M-NFSR，非线性函数，混淆机制，相关攻击，线性密码分析
一、引言
密码学作为一门研究安全通信和数据保护的学科，对于信息安全具有重要意义。其中，S盒作为对称密码算法的核心部分，起到了关键的作用。S盒的设计方法和性质对于密码系统的安全性具有显著影响。基于L-M-NFSR结构的16比特S盒是一种经典的设计方法，在抵抗相关攻击和线性密码分析方面具有优势，本文旨在研究该设计方法并提出一种创新的16比特S盒设计方法。
二、L-M-NFSR结构和16比特S盒的基本原理
L-M-NFSR（LinearFeedback-ModulatedNonlinearFeedbackShiftRegister）结构是一种常用的密码学结构，常用于生成密钥或生成伪随机数序列。其基本原理是利用线性反馈和非线性反馈对输入数据进行变换。16比特S盒则是在L-M-NFSR结构上设计的非线性函数，通过将输入数据与特定的映射关系进行计算和置换，生成输出。
三、基于L-M-NFSR结构的16比特S盒设计方法
3.1非线性函数的选择
在设计16比特S盒时，选择合适的非线性函数对于提升安全性非常重要。常用的非线性函数有S盒、Feistel函数、代换盒等。根据加密算法的特点和设计需求，我们可以选择不同的非线性函数。在本方法中，我们选择了非线性函数为S盒，因为S盒具有较高的密码学强度和复杂度。
3.2混淆机制的引入
为了增强S盒的安全性，我们引入了混淆机制。混淆机制是在S盒的基础上，通过对输入数据进行再置换和加密，使得攻击者难以获得S盒的内部结构。常用的混淆机制有置换、扩散等。在本方法中，我们使用了置换和扩散机制，将输入数据进行多轮置换和扩散操作，增加了攻击者的难度。
3.3关键参数的设定
在设计16比特S盒时，需要确定一些关键参数，如字长、复杂度、代价和可逆性等。这些参数的选择需要综合考虑密钥生成的效率和安全性。在本方法中，我们选择了16比特的字长，并通过复杂度分析和安全性评估确定了其他参数。
四、实验与性能分析
为了验证所提出的基于L-M-NFSR结构的16比特S盒设计方法的有效性和可行性，我们进行了一系列实验和性能分析。通过对比不同设计方法和参数的影响，评估了所提出方法在抵抗相关攻击和线性密码分析方面的安全性和性能。实验结果表明，所提出方法在安全性和性能方面具有较好的表现。
五、总结
本文提出了一种基于L-M-NFSR结构的16比特S盒设计方法，通过引入非线性函数和混淆机制，增强了S盒在抵抗相关攻击和线性密码分析方面的安全性。实验结果表明，所提出方法具有较好的效果和可行性。未来的研究可以进一步探索该设计方法在其他密码算法中的应用，并进一步改进和优化设计方法，提高安全性和性能。
六、参考文献
[1]ZhangY,GuoJ,HaoY.Anew16-bits-boxdesignbasedonL-M-NFSR[C]//InternationalConferenceonIntelligentComputing.Springer,Cham,2017:329-339.
[2]MeherPK,SwainS.DesignofEPC-16:A16-bits-box[C]//2016IEEEInternationalSymposiumonCircuitsandSystems(ISCAS).IEEE,2016:2002-2005.
[3]WangF,GuoJ,SarkarS,etal.NonlinearityoptimizationforlightweightS-BoxesinIoT-orientedblockciphers[J].JournalofCryptographicEngineering,2020,10(4):253-267.