73、HLWEA-IOT：物联网 - MQTT 网络中基于混合轻量级加密算法的安全数据传输

HLWEA-IOT：物联网 - MQTT 网络中基于混合轻量级加密算法的安全数据传输

1. 引言

物联网（IoT）设备在众多领域愈发重要，它们能获取并交换与互联网相连的数据。据统计，到 2025 年全球将有 309 亿台物联网设备相连接。物联网的安全涵盖设计安全、硬件安全和数据安全三个层面，其中数据安全面临处理大量数据和管理众多设备的难题。对于大规模数据，常需使用如高级加密标准（AES）和数据加密标准（DES）等耗时的安全算法来保护物联网网络中的数据。

轻量级密码学应运而生，它能处理最多 32 或 64 位的数据，使用最大 64 位的小密钥。轻量级密码学可分为分组密码、哈希函数、消息认证码和流密码。分组密码通过多轮逐位加密数据，其结构又可细分为替代置换网络（SPN）和 Feistel 网络；流密码每次加密一到两位数据；哈希函数则根据数据长度随机加密数据。基于分组密码的轻量级密码原语在功耗、能耗、延迟和吞吐量方面优于其他加密标准。以下是一些相关的轻量级密码学方法及其特点：
| 方法 | 特点 |
| ---- | ---- |
| PRESENT（对称） | 超轻量级 |
| RECTANGLE（对称） | 快速实现 |
| HIGHT（对称） | 超轻量级 |
| TWINE（对称） | 节能 |
| SIMON（对称），SPECK（对称） | 密钥调度 |
| LED（对称） | 用于 RFID 标签 |
| KTANTAN32（对称） | 代数方程 |
| RSA（非对称） | 更安全 |
| ECC（非对称） | 高速 |
| PRINCE（对称） | 低延迟 |