物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高端集成和綜合應(yīng)用，通過(guò)傳感設(shè)備進(jìn)行信息采集和通信，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤和管理，形成萬(wàn)物互聯(lián)的泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了廣泛而深刻的影響，為我們的衣食住行帶來(lái)了極大的便利。然而，在享受新技術(shù)帶來(lái)的智能和便利的同時(shí)，大量個(gè)人隱私數(shù)據(jù)悄無(wú)聲息地被復(fù)制、共享、傳播。在物聯(lián)網(wǎng)中，用戶規(guī)模大但防護(hù)意識(shí)弱，設(shè)備數(shù)量多但安全等級(jí)低，分布范圍廣但復(fù)雜性高，容易被不法分子發(fā)現(xiàn)漏洞并利用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)安全事件頻發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)安防攝像頭漏洞、智能家居安全隱患等事件已經(jīng)給物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及安全防護(hù)敲響了警鐘，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為信息安全的重災(zāi)區(qū)。而傳統(tǒng)密碼算法在安全性、性能和資源需求折中方面往往只面向臺(tái)式機(jī)與服務(wù)器環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，無(wú)法滿足資源受限環(huán)境下的新應(yīng)用需求， 即使將其勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)在這樣的環(huán)境中，其性能往往也不盡如人意。輕量級(jí)密碼正是在此應(yīng)用背景下誕生的密碼學(xué)分支，并迅速成為密碼學(xué)的研究熱點(diǎn)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
我們的輕量級(jí)密碼研究始于2006 年的一項(xiàng)研制任務(wù)，即如何在低成本、低能耗的受限環(huán)境下從密碼算法層面保證各類小型計(jì)算設(shè)備通信的安全性。在隨后的十幾年中，我們?cè)O(shè)計(jì)了多個(gè)輕量級(jí)密碼算法，發(fā)表了幾十篇有關(guān)輕量級(jí)密碼的論文。依據(jù)對(duì)輕量級(jí)密碼十多年的研究實(shí)踐，我們挑選了100多個(gè)的輕量級(jí)密碼算法，梳理了各種輕量級(jí)密碼算法的設(shè)計(jì)原理以及它們與相關(guān)傳統(tǒng)密碼算法的繼承與發(fā)展關(guān)系。全書共分5章。第1章介紹輕量級(jí)密碼算法的應(yīng)用背景和研究現(xiàn)狀。第2章介紹分組密碼一般性設(shè)計(jì)原理和輕量級(jí)分組密碼研究進(jìn)展，按照整體結(jié)構(gòu)分類介紹輕量級(jí)分組密碼。第3章介紹流密碼一般性設(shè)計(jì)原理和輕量級(jí)流密碼研究進(jìn)展，以及基于LFSR和NFSR的流密碼、ARX與隨機(jī)狀態(tài)置換類的流密碼和小狀態(tài)流密碼。第4章介紹消息鑒別碼的共性技術(shù)，以及采用分組密碼、專用雜湊函數(shù)、泛雜湊函數(shù)以及直接設(shè)計(jì)的消息鑒別碼。第5章介紹認(rèn)證加密算法一般性設(shè)計(jì)原理和研究進(jìn)展，以及分組密碼認(rèn)證加密工作模式和基于置換、分組密碼和流密碼的認(rèn)證加密算法。
中國(guó)科學(xué)院馮登國(guó)院士對(duì)本書的寫作和出版給予了極大的鼓勵(lì)和支持，武傳坤教授對(duì)本書提出了許多寶貴建議，清華大學(xué)出版社的張民編審為本書的出版付出了辛勤的勞動(dòng)，作者在此致以誠(chéng)摯的謝意。作者在本書的寫作中參考了相關(guān)方面的許多學(xué)術(shù)論文和技術(shù)報(bào)告，在此向這些參考文獻(xiàn)的作者表示衷心的感謝。作者受益于中國(guó)科學(xué)院軟件研究所 TCA 實(shí)驗(yàn)室舉辦的密碼學(xué)系列討論班， 在此感謝參加討論班的各位同事和學(xué)生。本書得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61672509)和國(guó)家密碼發(fā)展基金課題(MMJJ20170101)的資助，在此一并表示感謝。
本書是一本輕量級(jí)密碼學(xué)的工具書，可供密碼學(xué)科研工作者和工程技術(shù)開(kāi)發(fā)人員查找各種輕量級(jí)密碼算法；同時(shí)給出每個(gè)算法的密碼分析進(jìn)展，以方便相關(guān)人員開(kāi)展進(jìn)一步的安全性分析研究。本書結(jié)構(gòu)既注重整體的統(tǒng)一，同時(shí)各章又自成一體，讀者不必從頭開(kāi)始閱讀本書，可以根據(jù)自己的興趣直接閱讀相關(guān)章節(jié)。本書寫作歷時(shí) 3 年多，作者力求做到敘述簡(jiǎn)潔易懂，內(nèi)容盡可能反映進(jìn)展。但限于水平，作者對(duì)一些問(wèn)題的理解和敘述或有不妥之處，誠(chéng)摯歡迎大家提出寶貴意見(jiàn)。
作者2020年6月于北京