基于魔方的混合加密算法及应用研究

论文摘要

随着信息技术的快速发展和信息社会的不断推进,信息安全变得越来越为重要。密码技术作为信息安全的核心技术,在解决信息安全所面临的诸多问题时发挥着极其重要的作用,而密码算法又是密码技术的核心和基础,其重要性不言而喻。使用密码算法对信息进行安全加密不仅能够有效保障信息的机密性,还可以保护信息的真实性和完整性,使信息免于被非法用户篡改、伪造和假冒等。本文以魔方为基础,依据魔方旋转变化的多样性、非线性以及良好的数据扩散性设计实现的混合加密算法HEABC (Hybrid Encryption Algorithm Based on the Cube),能够综合利用分组加密和序列加密两种加密体制的优点,并充分发挥魔方置乱的优势,实现对信息的安全加密。该算法的基本原理是,通过构建一个虚拟数字魔方,使之与密钥和明文之间建立一组映射关系,借助该映射关系完成对明文的混合加密。其特点是：原理简单,易于编程实现,运行速度快,数据存储量小,密钥敏感性强,产生的密文与明文相比,不仅仅是位置发生了置乱,数值也发生了随机的改变,可以有效抗击差分密码分析攻击。通过与常用的分组加密算法和序列加密算法相比较,MATLAB仿真结果和数据统计分析表明本算法有较好的数据扩散效应和抗统计分析特性。HEABC算法不仅适用于文本加密,同样适合对灰度图像以及彩色图像进行加密。算法本身的性能还有进一步优化的空间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 概述
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 论文的工作与安排
• 2 密码学基础
• 2.1 密码学与信息安全概述
• 2.2 密码体制与密码分析
• 2.2.1 密码体制
• 2.2.2 密码分析
• 2.3 密码体制的安全性
• 2.4 常用分组加密算法介绍
• 2.4.1 DES加密算法介绍
• 2.4.2 AES加密算法介绍
• 2.5 序列密码介绍
• 2.5.1 序列加密的基本原理
• 2.5.2 基于混沌Logistic系统的序列加密算法
• 2.6 分组密码与序列密码的关系
• 3 魔方混合加密算法（HEABC）的基本原理
• 3.1 魔方特性
• 3.2 魔方加密算法的基本原理
• 3.2.1 加密过程及原理图
• 3.2.2 解密过程及原理图
• 3.3 魔方加密算法的设计准则
• 3.3.1 构建虚拟数字魔方
• 3.3.2 预置底钥
• 3.3.3 建立二进制数组合与虚拟数字魔方之间的映射关系
• 4 MATLAB仿真验证与比较
• 4.1 MATLAB仿真程序设计
• 4.1.1 加密过程
• 4.1.2 解密过程
• 4.1.3 连续对多个数据分组进行加密
• 4.2 正确性验证
• 4.2.1 输入明文是128位二进制字符串
• 4.2.2 输入明文是32个英文字符（两组完全相同的明文分组）
• 4.3 密钥敏感性测试
• 4.4 算法加密性能统计分析与比较
• 4.4.1 与分组加密算法的文本加密性能比较
• 4.4.2 图像加密性能比较与分析
• 4.5 小结
• 5 总结与展望
• 5.1 回顾本文所做的工作
• 5.2 今后的研究方向
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 致谢