细胞自动机在密码学中的应用研究

论文摘要

随着电子商务、电子政务等网络服务的飞速发展,对信息安全防护技术提出更高的要求。作为信息安全核心的密码技术的自主性研发是国家和社会信息化的基础和前提,是信息化过程中国家利益和社会权益的根本保障。细胞自动机特有的适合VLSI实现的简单、规则、高度并行的物理结构和复杂的动力学特性非常适合在密码学中应用,被认为是密码技术自主化方面最有希望的核心技术之一。 本文对细胞自动机的基本理论、细胞自动机在密码学中的应用进行了研究,重点是二维冯-诺依曼型邻域结构细胞自动机的研究。并基于此结构的细胞自动机提出最大周期细胞自动机的构造方法,在此基础上提出密钥流发生构造方法;通过在细胞自动机中引入遗传算法,根据生物学中的竞争生存策略选择熵值大的变换规则,提出利用细胞自动机构造伪随机序列的方法,最后对细胞自动机在密码学中应用安全性进行分析。研究表明,基于细胞自动机的密码技术不仅可以简化密码系统的设计,而且可以提高密码系统的性能。细胞自动机技术极有可能成为自主密码体制核心技术之一,从而使得研究细胞自动机在密码学中的应用具有非常重要的价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 前沿
• 1.1 课题背景
• 1.2 细胞自动机理论的提出
• 1.3 细胞自动机的应用领域
• 1.3.1 细胞自动机在生物系统中的应用
• 1.3.2 细胞自动机在经济系统中的应用
• 1.3.3 细胞自动机在环境系统中的应用
• 1.3.4 细胞自动机在工程系统中的应用
• 1.4 细胞自动机在密码学中的研究现状
• 1.5 论文结构和章节安排
• 2 细胞自动机
• 2.1 细胞自动机的定义
• 2.2 细胞自动机的构成
• 2.3 细胞自动机的特性
• 2.4 细胞自动机的分类
• 2.5 对基本细胞自动机的研究探索
• 2.6 本章小结
• 3 序列密码
• 3.1 序列密码简介
• 3.2 序列密码相关理论
• 3.2.1 相关定义
• 3.2.2 序列的随机性概念
• 3.2.3 周期序列的线性复杂度
• 3.3 序列密码对密钥流的要求
• 3.4 密钥流发生器
• 3.5 线性反馈移位寄存器（LFSR）
• 3.6 本章小结
• 4 基于二维CA的密钥流发生方法研究
• 4.1 基本细胞自动机的周期研究
• 4.2 二维以最大周期研究
• 4.3 密钥流发生器的构造
• 4.4 安全性分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于细胞自动机的伪随机序列发生方法
• 5.1 伪随机序列介绍
• 5.1.1 伪随机序列定义
• 5.1.2 伪随机序列生成器的性质
• 5.2 遗传算法
• 5.3 遗传算法在规则演化中的应用
• 5.4 构造方法
• 5.5 周期测试
• 5.6 结果分析与小结
• 6 细胞自动机VLSI实现
• 6.1 VLSI实现
• 6.2 90/150细胞自动机与线性反馈移位寄存器
• 6.3 细胞自动机与线性移位寄存器的VLSI实现比较
• 6.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间所发表的论文