This survey is the first work on the current standard for lightweight cryptography, standardized in 2023. Lightweight cryptography plays a vital role in securing resource-constrained embedded systems such as deeply-embedded systems (implantable and wearable medical devices, smart fabrics, smart homes, and the like), radio frequency identification (RFID) tags, sensor networks, and privacy-constrained usage models. National Institute of Standards and Technology (NIST) initiated a standardization process for lightweight cryptography and after a relatively-long multi-year effort, eventually, in Feb. 2023, the competition ended with ASCON as the winner. This lightweight cryptographic standard will be used in deeply-embedded architectures to provide security through confidentiality and integrity/authentication (the dual of the legacy AES-GCM block cipher which is the NIST standard for symmetric key cryptography). ASCON's lightweight design utilizes a 320-bit permutation which is bit-sliced into five 64-bit register words, providing 128-bit level security. This work summarizes the different implementations of ASCON on field-programmable gate array (FPGA) and ASIC hardware platforms on the basis of area, power, throughput, energy, and efficiency overheads. The presented work also reviews various differential and side-channel analysis attacks (SCAs) performed across variants of ASCON cipher suite in terms of algebraic, cube/cube-like, forgery, fault injection, and power analysis attacks as well as the countermeasures for these attacks. We also provide our insights and visions throughout this survey to provide new future directions in different domains. This survey is the first one in its kind and a step forward towards scrutinizing the advantages and future directions of the NIST lightweight cryptography standard introduced in 2023.


翻译:本综述是关于当前轻量级加密标准的第一份报告,该标准于2023年标准化。轻量级加密在保护资源受限的嵌入式系统方面发挥着至关重要的作用,如深度嵌入式系统(可植入和可穿戴医疗设备、智能织物、智能家居等)、射频识别(RFID)标签、传感器网络和隐私限制使用模型。美国国家标准与技术研究院(NIST)启动了轻量级加密的标准化进程,经过相对长时间的多年努力,最终在2023年2月的竞赛中以ASCON为赢家。这种轻量级密码标准将在深度嵌入式体系结构中用于提供安全性,通过保证机密性和完整性/认证(是对遗留的AES-GCM分组密码的双重标准,该标准用于对称密钥密码)。ASCON的轻量级设计利用了一个320位置换,该置换被分为五个64位寄存器字,提供了128位级别的安全性。本研究总结了ASCON在可编程逻辑门阵列(FPGA)和ASIC硬件平台上的不同实现,基于面积、功率、吞吐量、能量和效率开销。本研究还总结了在ASCON密码套件的各个变体上进行的各种差分和侧信道分析攻击(SCAs),包括代数、立方/立方样、伪造、故障注入和功率分析攻击以及这些攻击的对策。我们在本综述中提供了我们的见解和展望,以便在不同领域提供新的未来方向。本综述是其类别中的第一篇,是朝着审查NIST于2023年推出的轻量级加密标准的优点和未来方向迈出的步伐。

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