In 2016 the National Institute of Standards and Technology (NIST) started the stan- dardization process for lightweight cryptography (LWC). We provide a broad introduc- tion to lightweight cryptography together with a survey of current design trends and lightweight cryptography standards, with special attention to this competition. In the second part, we present a description and cryptoanalysis of three lightweight ciphers: SIV-Rijndael256, CLX, and Limdolen. 1

The topic of this thesis are mask based one-pass authenticated encryption schemes with associated data. Formal security requirements (AUTH and PRIV), scheme requirements as well as mask system requirements are specified. The- orems regarding fulfillment of security requirements are proven given specified scheme assumptions. The proof utilizes the game-hopping technique. The the- sis contains enumeration of masking systems as well as a selection of schemes with verification that requirements are fulfilled. Last but not least, this thesis presents an attack on the OPP scheme. Recommendation on fixing this scheme is also provided. 1

IoT devices are   increasingly used in the process of gathering scientific data. In   environmental monitoring IoT devices can be used as remote sensing devices to   collect information about e.g. temperature. To keep data reliable, various   security aspects have to be considered. Constrained devices are limited by   memory size and battery life, a security solution has to be developed with   this in mind. In this study an IoT security solution was developed in collaboration   with a research group in environmental science at Umeå University. We   selected commonly used algorithms and compared them with the goal to provide   authentication and integrity for an IoT application, while minimizing energy   use running on an Atmega 1284P. The results showed that the encryption   algorithm AES-256-GCM is a good choice for a total security solution.   AES-256-GCM provides authenticated encryption with additional data while, in   relation to the other tested algorithms, using energy at a low level and   leaving a small program size footprint.

Prover segurança às informações trafegadas nos mais diversos tipos de redes é algo essencial. Entretanto, redes altamente dependentes de dispositivos com recursos limitados (como sensores, tokens e smart cards) apresentam um desafio importante: a reduzida disponibilidade de memória e energia destes dispositivos, bem como sua baixa capacidade de processamento, dificultam a utilização de diversos algoritmos criptográficos considerados seguros atualmente. Este é o caso não apenas de cifras simétricas, que proveem confidencialidade aos dados, mas também de MACs (Message Authentication Code, ou Código de Autenticação de Mensagem), que garantem sua integridade e autenticidade. De fato, algumas propostas recentes de cifras de bloco dedicadas a plataformas limitadas (e.g., o Curupira-2) proveem segurança e desempenho em um nível mais adequado a este tipo de cenário do que soluções tradicionais. Seguindo uma linha semelhante, o presente trabalho concentra-se no projeto e análise MACs leves e seguros voltados a cenários com recursos limitados, com foco especial em redes de sensores sem fio (RSSF). Marvin é o nome do algoritmo de MAC proposto neste trabalho. Marvin adota a estrutura Alred, que reutiliza porções de código de uma cifra de bloco subjacente e, assim, introduz um reduzido impacto em termos de ocupação de memória. Este algoritmo apresenta uma estrutura bastante flexível e é altamente paralelizável, permitindo diversas otimizações em função dos recursos disponíveis na plataforma alvo. Como vantagem adicional, Marvin pode ser usado tanto em cenários que necessitam apenas da autenticação de mensagens quanto em esquemas de AEAD (Authenticated- Encryption with Associated Data, ou Encriptação Autenticada com Dados Associados), que aliam encriptação e autenticação. O esquema de AEAD proposto neste trabalho, denominado LetterSoup, explora as características da estrutura do Mar vin e adota uma cifra de bloco operando no modo LFSRC (Linear Feedback Shift Register Counter, ou Contador-Registrador de Deslocamento Linear com Retroalimentação). Além da especificação de ambos os algoritmos, este documento apresenta uma análise detalhada da segurança e desempenho dos mesmos em alguns cenários representativos. / Security is an important concern in any modern network. However, networks that are highly dependent on constrained devices (such as sensors, tokens and smart cards) impose a difficult challenge: their reduced availability of memory, processing power and (specially) energy hinders the deployment of many modern cryptographic algorithms known to be secure. This inconvenience affects not only the deployment of symmetric ciphers, which provide data confidentiality, but also Message Authentication Codes (MACs), used to attest the messages integrity and authenticity. Due to the existence of dedicated block ciphers whose performance and security are adequate for use in resource-constrained scenarios (e.g., the Curupira-2), the focus of this document is on the design and analysis of message authentication algorithms. Our goal is to develop a secure and lightweight solution for deployment on resource constrained scenarios, with especial focus on Wireless Sensor Networks (WSNs). Marvin is the name of the MAC algorithm proposed in this document. Marvin adopts the Alred structure, allowing it to reuse parts of an underlying block cipher machinery; as a result, Marvins implementation builds on the ciphers efficiency and introduces little impact in terms of memory occupation. Moreover, this algorithm presents a flexible and highly parallelizable structure, allowing many implementation optimizations depending on the resources available on the target platform. Marvin can be used not only as an authentication-only function, but also in an Authenticated- Encryption with Associated Data (AEAD) scheme, combining authentication and encryption. In this document, we define a new AEAD proposal called LetterSoup, which is based on the LFSRC (Linear Feedback Shift Register Counter) mode of operation and builds on Marvin. Together with the specification of both algorithms, we provide a detailed security analysis and evaluate their performance in some representative scenarios.

Prover segurança às informações trafegadas nos mais diversos tipos de redes é algo essencial. Entretanto, redes altamente dependentes de dispositivos com recursos limitados (como sensores, tokens e smart cards) apresentam um desafio importante: a reduzida disponibilidade de memória e energia destes dispositivos, bem como sua baixa capacidade de processamento, dificultam a utilização de diversos algoritmos criptográficos considerados seguros atualmente. Este é o caso não apenas de cifras simétricas, que proveem confidencialidade aos dados, mas também de MACs (Message Authentication Code, ou Código de Autenticação de Mensagem), que garantem sua integridade e autenticidade. De fato, algumas propostas recentes de cifras de bloco dedicadas a plataformas limitadas (e.g., o Curupira-2) proveem segurança e desempenho em um nível mais adequado a este tipo de cenário do que soluções tradicionais. Seguindo uma linha semelhante, o presente trabalho concentra-se no projeto e análise MACs leves e seguros voltados a cenários com recursos limitados, com foco especial em redes de sensores sem fio (RSSF). Marvin é o nome do algoritmo de MAC proposto neste trabalho. Marvin adota a estrutura Alred, que reutiliza porções de código de uma cifra de bloco subjacente e, assim, introduz um reduzido impacto em termos de ocupação de memória. Este algoritmo apresenta uma estrutura bastante flexível e é altamente paralelizável, permitindo diversas otimizações em função dos recursos disponíveis na plataforma alvo. Como vantagem adicional, Marvin pode ser usado tanto em cenários que necessitam apenas da autenticação de mensagens quanto em esquemas de AEAD (Authenticated- Encryption with Associated Data, ou Encriptação Autenticada com Dados Associados), que aliam encriptação e autenticação. O esquema de AEAD proposto neste trabalho, denominado LetterSoup, explora as características da estrutura do Mar vin e adota uma cifra de bloco operando no modo LFSRC (Linear Feedback Shift Register Counter, ou Contador-Registrador de Deslocamento Linear com Retroalimentação). Além da especificação de ambos os algoritmos, este documento apresenta uma análise detalhada da segurança e desempenho dos mesmos em alguns cenários representativos. / Security is an important concern in any modern network. However, networks that are highly dependent on constrained devices (such as sensors, tokens and smart cards) impose a difficult challenge: their reduced availability of memory, processing power and (specially) energy hinders the deployment of many modern cryptographic algorithms known to be secure. This inconvenience affects not only the deployment of symmetric ciphers, which provide data confidentiality, but also Message Authentication Codes (MACs), used to attest the messages integrity and authenticity. Due to the existence of dedicated block ciphers whose performance and security are adequate for use in resource-constrained scenarios (e.g., the Curupira-2), the focus of this document is on the design and analysis of message authentication algorithms. Our goal is to develop a secure and lightweight solution for deployment on resource constrained scenarios, with especial focus on Wireless Sensor Networks (WSNs). Marvin is the name of the MAC algorithm proposed in this document. Marvin adopts the Alred structure, allowing it to reuse parts of an underlying block cipher machinery; as a result, Marvins implementation builds on the ciphers efficiency and introduces little impact in terms of memory occupation. Moreover, this algorithm presents a flexible and highly parallelizable structure, allowing many implementation optimizations depending on the resources available on the target platform. Marvin can be used not only as an authentication-only function, but also in an Authenticated- Encryption with Associated Data (AEAD) scheme, combining authentication and encryption. In this document, we define a new AEAD proposal called LetterSoup, which is based on the LFSRC (Linear Feedback Shift Register Counter) mode of operation and builds on Marvin. Together with the specification of both algorithms, we provide a detailed security analysis and evaluate their performance in some representative scenarios.