宋锐团队在《中国科学: 信息科学》发表面物联网算法论文

　　湖北大学网络空间安全学院宋锐团队在《中国科学: 信息科学》发表论文《面向窄带物联网的ZUC算法紧凑硬件实现》，针对物联网领域网络安全威胁与设备资源受限的双重挑战，提出一种基于ASIC平台的低面积ZUC算法硬件实现方案，通过时序复用、门控时钟等核心技术，在保持高吞吐率的同时将电路面积开销降低44%，为窄带物联网设备提供了高效安全的密码解决方案。

　　窄带物联网(NB-IoT)作为支持海量设备接入的低功耗广域网技术，在5G海量机器类通信场景中应用广泛，但设备资源有限的特性对密码算法的硬件实现提出了严苛的面积与功耗要求。ZUC算法作为3GPP标准中的核心加密算法，其传统硬件实现多侧重吞吐率优化，存在面积开销过大、难以适配资源受限设备的问题。

　　为解决这一痛点，团队从四大核心环节进行优化设计。在电路架构上，采用时序复用策略，确保每个功能模块仅实例化一次，最大化降低硬件资源占用;创新提出同构映射矩阵搜索算法，结合塔域分解思想设计S盒，其中S1-box面积与先进AES算法S盒相当，S0-box较传统查找表实现面积缩减86%。在线性变换部分，通过MDS矩阵拆解技术，仅用164个异或门即可完成线性层实现，较现有方案减少6%的逻辑门消耗。在加法链设计上，采用进位存储加法器与中间寄存器组合架构，实现线性反馈移位寄存器层与有限状态自动机层的加法链共享，进一步优化电路结构。

　　同时，团队引入门控时钟技术，通过精细化时钟管理减少寄存器与时钟网络的冗余功耗，同时替代传统电路中的选择器，实现面积与功耗的双重优化。在TSMC 90nm工艺下的验证结果显示，该方案在250MHz时钟频率下吞吐率可达2Gbps，面积开销仅6.67kGE;在Fast工艺条件下，工作频率可提升至1GHz，吞吐率达8Gbps，面积仅增至7.0kGE。

　　该研究突破了传统ZUC算法硬件实现的面积瓶颈，其紧凑化设计完美适配窄带物联网设备的资源约束特性，可广泛应用于智能家居、工业物联网等海量低功耗设备场景。该方案的落地将有效提升窄带物联网系统的安全防护能力，为大规模物联网设备部署提供可靠的加密技术支撑，对推动物联网安全产业的轻量化发展具有重要意义。