在线离线的双轮AES加密算法研究 孙杰.pdf

第 37 卷第 6 期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报（自然科学版） ,
2021 年 11 月 Journal of Qiqihar University(Natural Science Edition) Nov.,2021
在线离线的双轮AES加密算法研究
孙杰，全晓峰，柳杨，李海涛，王成松，高宇，许健宇，陆仲达
（国网黑龙江省电力有限公司齐齐哈尔供电公司，黑龙江 齐齐哈尔 161006）
摘要：为解决物联网信息传输过程中安全性差和计算效率低的问题，以 AES（Advanced Encryption Standard）加密
算法为基础，设计了一种在线离线的双轮 AES 加密算法。在双轮 AES 密钥扩展过程中，将每一轮子密钥与前两
轮子密钥进行计算，提升信息传输的安全性。同时考虑到物联网设备算力有限，在双轮 AES 加密算法基础上，设
计了一种在线离线的计算模式，在离线过程中对大量轮加密运算进行预处理得到中间密文，使得在线阶段仅需执
行少量计算就可生成完整密文。并通过仿真实验对算法性能进行测试，结果表明，该算法的安全性和计算效率均
达到轻量级设备的应用需求。
关键词：AES 加密算法；加密技术；轻量级设备加密
中图分类号：; 文献标志码：A 文章编号：1007-984X(2021)06-0009-05

由于物联网节点间的开放性，使得数据传输过程中极易受到外部攻击，导致信息传输不完整。因此数
据的加密保护极为重要。传统的 DES（Data Encryption Standard）加密由于密钥短加密能力较弱，已无法满
足目前加密需求。因此，美国 NIST 采用 AES 加密作为一种新的加密标准。AES 加密算法基于 SPN（Substitution
Permutation Network）架构，对明文进行多轮置乱和扩散操作，转化为密文。近年来，研究人员提出对 AES
加密算法改进的方法，将 SubBytes 变换成圆密钥相关，ShiftRows 由传统的按行移位转化成随机移位，提高
了加密性能[1]。刘等[2]采用一种新的仿射变换产生 S 盒，在利用平方剩余算法产生随机密钥流序列的方法对
AES 算法进行改进。结果表明，改进的 AES 算法有效的提升了加密的性能。虽然改进后的 AES 算法的安
全性能得到了提升，但是却需要更多的计算资源，对于部分轻量级设备的加密产生了巨大的挑战。王等[3]
提出