引言

隨著物聯網（IoT）時代的蓬勃發展，從智慧家庭設備、工業感測器到微型醫療植入物，數以億計的微小且資源受限的裝置正在融入我們的日常生活與產業運作中。然而，這些設備的安全性卻成為一個不容忽視的巨大挑戰。傳統的加密演算法，如AES（高級加密標準），雖然功能強大，但需要大量的運算能力、記憶體和電力，對於這些只有有限資源的設備而言，顯得過於笨重且不切實際。這種「加密鴻溝」為駭客提供了可趁之機，可能導致嚴重的資料洩露、設備被劫持或關鍵基礎設施遭到破壞。

為了填補這一安全空白，美國國家標準與技術研究院（NIST）經過多年的努力與全球性的公開競賽，終於正式發布了專為此類設備量身打造的輕量級密碼學標準。這項標準被發布為NIST特別出版物800-232，其核心是來自於一套名為Ascon的演算法家族。此舉不僅為物聯網的未來奠定了更安全的基石，也標誌著密碼學領域在應對新興技術挑戰上的重大進展。

輕量級加密的挑戰與NIST的解方

過去，在設計加密演算法時，主要考量的是如何達到最高的安全性，而較少考慮到硬體資源的限制。這導致了許多加密演算法需要大量的晶片面積、記憶體空間和能源消耗，使得它們無法被應用在體積小、成本低且電池壽命有限的設備上。例如，醫療植入物或RFID標籤這類裝置，它們的處理器可能只有極微小的運算能力，且無法頻繁充電或更換電池。如果強行使用傳統加密技術，將大幅縮短其使用壽命，甚至使其無法正常運作。

NIST的輕量級加密標準正是為了解決這個問題而生。通過一場全球性的演算法競賽，NIST尋找能在運算能力、能源、時間和儲存空間這四個維度上達到最佳平衡的解決方案。最終脫穎而出的Ascon演算法家族，其設計核心就是高效與輕量化。它能在保持高安全性的同時，僅需極少的資源，這使得加密技術能夠被整合到過去無法實現的微型設備中。這不僅僅是技術上的突破，更是為整個物聯網生態系統築起了一道防線。

核心技術：Ascon演算法家族

NIST新標準的核心是Ascon演算法家族，它包含多個變體，以滿足不同應用場景的需求。其中，兩個主要的演算法是ASCON-128 AEAD和ASCON-Hash 256。

ASCON-128 AEAD：這是一種帶有關聯資料的認證加密（Authenticated Encryption with Associated Data, AEAD）演算法。它不僅能加密資料以確保其機密性，還能對其進行驗證以確保資料的完整性與真實性。這對於物聯網設備之間的通訊至關重要，因為它能夠防止資料在傳輸過程中被惡意篡改。此外，相比於一些老舊的加密方法，Ascon的設計使其更能抵抗側通道攻擊（Side-Channel Attacks），這是一種透過分析加密設備的功耗、電磁輻射或時間等物理特性來破解密碼的攻擊手法，對於資源受限設備而言尤其危險。

ASCON-Hash 256：這是一種雜湊演算法，主要用於創建資料的「數位指紋」。這種指紋能被用來驗證資料在傳輸或儲存過程中是否被修改。例如，在為物聯網設備進行韌體或軟體更新時，可以先計算更新檔的雜湊值，然後在設備端再次計算並比對，如果兩者一致，則說明更新檔未被篡改，從而防止惡意軟體入侵。ASCON-Hash的靈活性也允許它針對特定的應用需求進行調整，以進一步節省時間和能源。

標準的重大意義與應用前景

它為全球的硬體製造商和軟體開發者提供了一個統一且值得信賴的輕量級加密解決方案。這將簡化產品設計流程，加速技術應用，並確保不同產品之間的互通性。其次，這項標準的採用將顯著提升物聯網設備的安全性，從而保護用戶隱私和關鍵資料。從智慧醫療設備保護病患資料，到工業自動化系統防止惡意控制，再到智慧城市基礎設施的穩定運作，其影響無處不在。

更重要的是，NIST的這項標準不僅僅是一個靜態的規範，它還具備可擴展性，能為未來的技術創新和功能擴展預留空間。這意味著即使面對未來的資安挑戰，該標準也能透過更新和演進來保持其領先地位。總體而言，NIST的輕量級加密標準的問世，是全球在應對數位時代資安挑戰方面邁出的關鍵一步，為數十億計的微型裝置提供了前所未有的安全保障，為一個更安全、更互聯的未來奠定了堅實基礎。

資料來源：https://www.helpnetsecurity.com/2025/08/13/nist-lightweight-cryptography-standard/