随着网络、通信与微电子技术的迅猛发展,使得物联网这一新兴事物逐渐被广泛应用于多种工业领域。网络的开放性使得信息在网络中存储、传输时均面临巨大的安全威胁。密码技术是保障信息安全的核心技术,其中的分组密码算法是保障信息安全传输的主流密码算法,它可以提供信息的机密性。同时,广泛应用于物联网工业中的典型设备主要是无线传感器、RFID(Radio Frequency IDentifcation)标签、智能卡等体积较小的微电子产品。这些设备具有体积小、要求能耗低、软硬件计算资源受限、电池难以续航等特点。正由于这些原因,使得传统的高复杂度的分组密码算法不能直接应用于具有低功耗要求的物联网设备中。由此,设计出具有较高安全性的轻量级分组密码算法对于为物联网的更广泛的应用具有非常重要的理论意义和工程价值。本文的研究工作围绕轻量级的安全分组密码算法的设计开展,主要工作为以下三个方面:第一,PRESENT算法是典型的轻量级分组密码算法,本文在深入研究PRESENT算法的基础上,结合SPN结构,设计了一个新的分组密码算法M-PRESENT。该算法的分组长度为64比特,密钥长度为80比特,迭代轮数设计为32轮。并对M-PRESENT密码算法的安全性进行了分析。结果表明:M-PRESENT算法在抵抗差分分析、线性分析和代数分析方面表现优异,具有较高的安全性。同时,在软硬件实现效能上,M-PRESENT算法的软件实现效率与PRESENT相当,硬件实现效率优于标准CLEFIA密码及大多数轻量级分组密码。第二,基于广义Feistel及SPN结构设计了一个新的轻量级分组密码算法SFP。该算法的分组长度为64比特,密钥长度为80比特,迭代轮数设计为20轮。在SFP密码中应用了一种新的16比特的置换层,并基于该置换层形成四轮SPN结构,SFP密码的轮函数就是基于四轮SPN结构设计的。此外本文对SFP密码算法的安全性进行了分析,结果表明:SFP密码在抵抗差分分析、线性分析和代数分析等方面表现优异,具有较高的安全性。同时,在软硬件实现效能上,SFP算法的软硬件实现效率均优于PRESENT密码。经过计算,SFP算法的硬件实现比PRESENT密码少180GE,其软件效率比PRESENT算法高1.91倍。第三,基于Feistel迭代结构及SPN结构设计了一个新的轻量级分组密码算法LFP。该算法分组长为64比特,密钥长为80比特,迭代轮数为20轮,其轮函数使用SFP算法中的四轮SPN结构。对LFP密码算法的安全性进行分析,结果表明:LFP密码在抵抗差分分析、线性分析和代数分析等方面表现优异,具有较高的安全性。同时,在软硬件实现效能上,LFP算法的软硬件实现效率均优于PRESENT密码。经过计算,LFP算法的硬件实现比PRESENT密码少150GE,软件效率大约为PRESENT算法的2.2倍。综上,本文主要完成了三种密码算法的设计,并通过理论与仿真分析,对所设计的密码算法进行了安全性分析。本文的研究工作丰富了轻量级分组密码算法的成果,具有一定的理论价值。