密码应用-轻量级分组加密算法Midori

轻量级分组加密算法Midori

算法为基于SPN结构设计的轻量级分组密码算法。算法密钥长度为128位，分组大小分别为64位(Midori-64)和128位(Midori-128)，对应的迭代轮数为16轮与20轮。每轮轮函数F由SubCell、ShuffleCell、MixColumn、AddKey共4部分组成。分组状态表示为16个比特块的形式，分组规模为64比特时，每个比特块为半字节；分组规模为128比特时，每个比特块为字节(8-bit)。

（1）  单元替换层

在Midori-64中使用一个S盒S1，在Midori-128中使用由两个S2与4个不同的置换生成4个8比特的S盒Sb0，Sb1，Sb2，Sb3。

64位中间状态划分为16个的，然后依次进入16个相同的4X4S盒(S1)，输出为B0…B15

（2）单元置换层

（1）中输出的4X16位中间状态的每个半字节通过置换表进行重新排列。

（B0，B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8，B9，B10，B11，B12，B13，B14，B15）=（S0，S10，S5，S15，S14，S4，S11，S1，S9，S3，S12，S6，S7，S13，S2，S8）

（3）  列混合层

使用对合二元矩阵M对状态中每一列进行如下操作，即M→()T，其中，i=0，4，8，12。

4X16位中间状态每一列乘以４×４的Ｍ矩阵运算。

（4）轮密钥加层

将（3）中输出的64位的中间状态与64位的轮密钥逐比特异或。

中间状态为S0…S15（16半字节），轮密钥为…RK15（16半字节），则=Si+RKi0≤i≤15）

在第一轮加密之前对明文有一个轮密钥加操作，最后一轮取消了单元置换和列混合操作，只包括替换和密钥加操作。

轮密钥生成算法

Midori算法使用128比特主密钥，其密钥扩展算法较为简单。其中，Midori-64算法将128比特主密钥分为两部分K=k0||k1，算法的入口与出口白化密钥均为WK=k0⊕k1，圈子密钥kei=k(i+1)mod2⊕αi，1≤i≤15，其中，αi是轮常数。而Midori-128算法的入口与出口白化密钥均为WK=K，圈子密钥kei=K⊕βi，1≤i≤19，其中，βi为轮常数。且当1≤i≤15时，满足αi=βi。