ACORN是一种轻量级块密码算法，专为资源受限设备设计。本文将详细介绍其结构、工作原理及安全性分析。
ACORN 加解密算法是一种先进的加密技术，在资源有限的环境中提供高性能且轻量级的安全保障。此算法曾在华为杯创芯大赛中被采用，并展现了其在实际应用中的潜力。特别地，ACORN-128 在设计上独具匠心，包括参数、操作运算、变量和常数设定及其内部工作机制。
首先，在参数方面，ACORN-128 建议使用 128 位的密钥、随机数以及标签长度的选择旨在确保安全性的同时减少计算资源消耗。此外，该算法适用于处理从0到2^64位长度的相关数据和明文密文。
其次在操作运算方面，ACORN-128 基于基本的位操作如异或(XOR)、与(AND)、非(NOT)以及或(OR)，通过这些核心运算生成密钥流并更新状态。
再者，在变量与常量定义上：
- AD（关联数据）：不被加密的数据。
- ADi, adlen：关联数据的位长度和总长。
- C（密文）、Ci：密文及其位表示。
- Ci, Cai, Cbi：控制位，区分处理阶段。
- IV128：初始化向量为 128 位。
- K128：用于加密的 128 位密钥，K128i为其各位置标识符。
- pclen: 明文或密文长度（以位计）。
- Mi, Pi：明文字节表示和各字节值。
- Si, Si,j：状态变量包括293个线性反馈移位寄存器(LFSR)的总比特数，构成ACORN-128的状态空间。
- T（认证标记）: 长度为64至128位用于验证数据完整性。
在算法流程方面：
- 状态更新：由六个LFSRs串联组成，总计293个状态位。
- 功能实现包括密钥流生成、整体反馈计算和状态更新。
- 初始化阶段加载K128与IV128至S，并执行加密操作共 1792 步。
- 处理关联数据时使用AD来调整状态，此过程持续 256 步且涉及密钥流以进行状态更新。
- 加密流程中每一步用明文位来修改状态，不利用密钥流更新状态，并同样运行 256 步。
- 最终生成认证标记T完成加密操作；解码和验证过程与此类似但用于解析数据并保证其正确性和完整性。
最后，在安全特性方面：
- ACORN-128 将关联数据处理与明文密文分离，防止混淆；
- 密钥流与实际的明文密文及认证标记独立运作以增强安全性。
综上所述，ACORN-128 的设计旨在提供既高效又安全的数据加密服务，特别适合资源受限的应用场景。通过复杂的位操作和精心构建的操作流程，在确保数据的安全性的同时降低了计算需求，使之成为嵌入式系统与物联网设备的理想解决方案。然而，理解和实现这样的算法需要深厚的知识背景以及编程技能的支持。
5星
