基于动态搜索的数字混沌加密算法研究

论文摘要

随着多媒体技术和数字通信技术的飞速发展,人们所处理的信息量越来越大,相互通讯越来越容易,为了保护数据信息不被恶意窃取,对大量数据进行加密是非常必要的。虽然不同的应用领域对加密算法要求不同,但是对于安全性高和加密速度快的要求是共通的。混沌动力系统对初始值高度敏感和类噪声的随机状态,使我们无法对其进行预测。这样的特点使它和加密算法有了紧密的联系,混沌系统在加密领域有了广泛的应用前景。但是直接将混沌系统用于加密存在很多不足,并且在数字环境下无法实现真实的混沌系统,因为混沌系统都是定义在连续域中的,所以在数字环境下实现的只能称为数字混沌系统。本文主要研究数字化混沌密码及其应用,以混沌理论及现有混沌加密技术为切入点,进行了系统论述,在此基础上,结合混沌理论、动态搜索等相关理论的研究成果,设计了三种新的动态密钥加解密算法。通过混沌映射产生混沌序列,经过一系列变换后形成动态密钥,每加密一组明文变换一次密钥,实现“一次一密”加密。上述几种算法将序列密码和分组密码完美结合起来,并通过仿真分析验证了算法的优秀安全性能。具体为:基于多混沌系统的动态序列块加密算法。利用若干个一维混沌映射来获取伪随机序列,这些独立且近似均匀的序列经过一系列变换构成一个新的均匀分布在取值空间的伪随机序列,并利用轮循环异或移位的方法将明文掩盖于其中形成密文。本算法使伪随机序列的产生更具有隐蔽性和类似噪声的特性,克服了由于计算机精度和单一混沌序列加密所导致的周期性的弊端。基于混沌开关控制的序列加密算法。由两个混沌系统分别产生各自混沌密钥序列,利用Chebyshev多项式迭代生成的混沌伪随机序列做选择开关(CSC,ChaoticSwitCh Controller),对明文序列交替进行加密。本算法不但能够抵抗唯密文攻击,而且能够有效地抵抗选择明文攻击,改善了单一混沌序列加密所带来的安全性问题。基于分段线性混沌映射的反馈加密方法。本算法定义了一组分段线性混沌映射,并迭代生成混沌轨道。利用一个随机生成的参数δ来辅助从混沌轨道中提取出伪随机序列以指示对报文进行的轮变换。每一轮要加密的明文块与前一轮加密形成的密文块通过逐位异或操作后再进行加密操作。本密码系统不仅具有大的密钥空间而且对密钥和原始报文具有很强的敏感性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 混沌理论概述
• 1.1.1 混沌的定义
• 1.1.2 混沌的性质
• 1.1.3 混沌的研究方法
• 1.2 密码学概述
• 1.2.1 消息与加密
• 1.2.2 密码分析
• 1.2.3 混沌和密码学的关系
• 1.3 本章小结
• 2 本文应用的数字混沌加密原理
• 2.1 数字化混沌密码学研究现状
• 2.2 数字混沌系统的性质
• 2.2.1 混沌系统的数字化
• 2.2.2 数字混沌序列的特性
• 2.3 数字伪混沌序列的缺陷及改进措施
• 2.3.1 数字混沌序列的有限精度问题
• 2.3.2 混沌系统的确定性问题
• 2.4 利用混沌系统设计数字加密算法的原则
• 2.4.1 混沌系统的选取
• 2.4.2 提高加密效率的途径
• 2.5 本章小结
• 3 基于多混沌系统的动态序列块加密算法
• 3.1 算法描述
• 3.2 混沌序列的设计
• 3.2.1 混沌映射系统
• 3.2.2 多个混沌序列的生成
• 3.3 实验与结果
• 3.4 安全性分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于混沌开关控制的序列加密算法
• 4.1 算法简介
• 4.2 算法仿真
• 4.3 算法的安全性分析
• 4.3.1 密钥序列的随机性分析
• 4.3.2 密钥序列的线性复杂度分析
• 4.4 本章小结
• 5 基于分段线性混沌映射的反馈加密方法
• 5.1 算法简介
• 5.1.1 分段线性混沌映射
• 5.1.2 混沌轨道的提取
• 5.1.3 算法描述
• 5.2 仿真结果
• 5.3 安全性分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢