数字混沌加密技术研究

论文摘要

本文首先简要介绍了混沌加密技术的发展现状。在此基础上,对一类混沌加密算法——Baptista型混沌加密算法进行了深入的分析,并针对此类算法存在的问题进行了探讨,并提出了有效可行的改进措施及新的加密算法。具体内容包括以下几个方面:首先,本文针对Baptista型算法存在的——密文长度过长及密文中0,1比例不均匀等问题,以信息论和编码理论为基础,通过计算信息熵,给出了不同明文分组时密文明文长度之比的期望的下界;进而讨论了明文分组对密文明文比例及加密时间的影响;进一步提出了新的编码方式——截断Huffman编码（Truncated Huffman Coding简记为THC）,以尝试提高算法的效率。给出了该编码方式下密文明文比例及0,1比例与截断位置的关系,并通过调整截断位置以期接近或达到密文明文比例期望的下界,算例分析表明采用THC可有效缩短密文长度,提高0,1比例的均匀度。其次,进一步提出了基于双查找表的搜索机制混沌加密算法;该算法首先利用Baptista型查找表（Baptista-type Look-up Table简记为BLUT）对待加密的明文进行预处理,然后通过引入新型查找表（New-type Lookup Table简记为NLUT）对处理后的明文进行加密,以提高算法的安全性;通过调整NLUT的长度对算法进行了优化,有效地缩短了明文长度。分析表明新的算法在有效提高算法安全性的同时缩短了密文长度,提高了算法的效率。最后,针对数字混沌系统的动力学特性退化的问题,提出了基于控制符的混沌加密算法,通过控制符来确定对明文的预处理方式,并将查找表中与“预处理后的明文”对应的索引值作为密文。同时利用控制符不断改变混沌轨道,从某种程度上克服了数字混沌动力学特性的退化,对Baptista型加密算法可能出现的安全性问题进行了进一步的强化。算例分析表明基于控制符的加密算法是有效的。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 混沌加密技术的发展概况
• 1.2.1 混沌序列密码
• 1.2.2 混沌分组密码
• 1.2.3 基于动态S盒的混沌密码
• 1.2.4 组合密码
• 1.2.5 混沌公钥密码
• 1.2.6 基于搜索机制的混沌密码
• 1.3 数字混沌动力学特性的退化
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 Baptista型算法分析及改进
• 2.1 引言
• 2.2 Baptista及其改进算法中密文的信息熵
• 2.2.1 Baptista及其改进算法的基本思想
• 2.2.2 Baptista及其改进方案中明文分组情况讨论
• 2.3 截断Huffman编码
• 2.3.1 N-截断后码元概率的计算
• 2.3.2 截断Huffman编码（THC）
• 2.3.3 THC截断位置的讨论
• 2.3.4 密文中bit0所占的比例的计算
• 2.4 算例及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于双查找表的搜索机制混沌加密算法
• 3.1 引言
• 3.2 基于双查找表的搜索机制混沌加密算法
• 3.2.1 加密过程
• 3.2.3 解密过程
• 3.3 算法分析
• 3.3.1 密文中bit0所占比例的计算
• 3.3.2 密文明文比例的计算
• 3.4 NLUT的优化
• 3.4.1 最佳NLUT长度分析
• 3.4.2 算例分析
• 3.5 算法实现
• 3.5.1 混沌系统F和NLUT的构造过程
• 3.5.2 实验结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 一种基于控制符的混沌加密算法
• 4.1 引言
• 4.2 基于控制符的混沌加密算法
• 4.2.1 加密解密算法
• 4.2.2 查找表更新过程
• 4.3 算法安全性分析
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 混沌动力学特性分析
• 4.6 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢