基于混沌理论加密技术的研究与应用

论文摘要

混沌系统对初始条件微小的差异及其敏感，由于内在存在随机性，经过长期的迭代后，初始条件的差异将演化出大量的具有类似随机性的序列，这些伪随机序列具有较宽的频谱和良好的密码学性能。加密算法中引入混沌理论，能够很好的将混沌的非线性变换、无规则分布、非规则作用域等互相结合在一起，使得混沌加密算法的优越性得以体现。混沌加密算法的设计核心是基于用混沌系统产生的随机序列作为密钥的设计。混沌具有对初始条件的敏感依赖性，当初始值微小至1比特的偏差，依此性质产生的混沌密码序列会不断将此偏差放大，产生两个相差甚远的完全不同序列。较佳的随机特性能够经过较少的运算次数得到。由于混沌方程的内在随机性导致对混沌未来的状态无法做出描述和预测，导致了混沌序列的随机分布出现，混沌序列的分布区间也就变得无穷大。密钥长度的可变和明文块长度可变是本文混沌加密算法的设计思想，可以根据加密强度的不同选择不同的加密方式，使得加密算法对不同的需求，都能有一个运算开销较小，运算效率较高的基本特性。本文的工作重点是基于混沌理论的密码技术把两个最重要的安全特性“混淆”和“扩散”应用到公钥密钥中。提出基于双重混沌的加密系统，在有限的精度下延长混沌序列的周期，并用哈夫曼树编码对混沌序列进行数值化，改进密码序列数值化后数值的均匀分布情况，最后针对不同加密强度的需求设计“一组一密”加密从而使得低维混沌动力系统不易于攻击，选择性明文攻击也不容易破解密码。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景和研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本文组织结构
• 1.6 小结
• 第2章 混沌加密的基本理论依据
• 2.1 密码学基础
• 2.1.1 密码算法的分类
• 2.1.2 密码分析学
• 2.1.3 序列密码
• 2.2 混沌学基础
• 2.2.1 混沌描述
• 2.2.2 混沌的定义及特征
• 2.2.3 混沌理论的发展过程
• 2.3 混沌模型
• 2.4 混沌加密
• 2.4.1 混沌加密的现状
• 2.4.2 混沌加密的特点
• 2.4.3 混沌序列的生成
• 2.4.4 计算机有限精度的制约
• 2.5 小结
• 第3章 基于混沌的密码算法设计
• 3.1 “一次一密”的安全性
• 3.1.1 真随机
• 3.1.2 伪随机
• 3.2 混沌序列的设计
• 3.2.1 混沌系统的选取
• 3.2.2 加密效率的提高
• 3.2.3 混沌序列的数值化
• 3.2.4 提高数值化混度序列为随机性的方法
• 3.3 混沌模型设计
• 3.3.1 混沌模型的变型
• 3.3.2 混沌序列的产生
• 3.3.3 混沌序列数值化
• 3.4 “一组一密”算法设计
• 3.5 小结
• 第4章 算法分析
• 4.1 实验设备及环境
• 4.2 数据分析
• 4.2.1 混沌序列数值化分析
• 4.2.2 字符分布分析
• 4.3 仿真实验
• 4.3.1 加解密后明文密文比较
• 4.3.2 加解密方式不同比较
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢