37、FAN：轻量级认证加密算法详解

FAN：轻量级认证加密算法详解

在当今的数字世界中，低功耗嵌入式设备的广泛应用对密码学提出了新的挑战。传统的密码算法往往无法满足这些资源受限设备的需求，因此，轻量级密码算法的研究变得至关重要。本文将详细介绍一种名为FAN的轻量级认证加密算法，它具有高效、安全等特点，适用于各种资源受限的场景。

1. 背景与动机

随着物联网、传感器网络等新兴领域的快速发展，大量资源受限的设备相互连接。这些设备通常具有有限的面积、功率和能量，但需要在网络智能对象之间保持高度的安全性和高效的通信。然而，大多数为桌面/服务器环境设计的现有密码算法已不再适用，因此需要研究适用于资源受限应用的轻量级密码算法。

轻量级分组密码已经有了许多成功的设计，如LED、SIMON、SPECK、PRESENT等。但轻量级流密码在抵抗时间 - 内存 - 数据权衡（TMDTO）攻击时，面临着内部状态过大的瓶颈。为了解决这个问题，提出了连续密钥使用（CKU）的设计原则，即不仅在初始化阶段使用存储在设备非易失性存储器中的密钥，在加密过程中也持续使用。然而，现有的基于CKU的设计，如Sprout、Fruitv2和Plantlet，都采用了Grain-like结构，而该结构最近被报道易受相关攻击。因此，设计一种具有全新结构的CKU基轻量级流密码，并支持集成加密和认证功能变得十分必要。

2. FAN算法概述

FAN是一种轻量级认证加密算法，采用了新颖的块结构，灵感来源于日常的四叶电风扇。它使用128位密钥、64位初始向量（IV）和192位状态，在遵循IV唯一性的限制下，可提供128位的安全性和高达72位的认证标签。该算法由非线性主轴、四个线性叶片和一个累加器组成，通过线性和非线性部分之间的持续