几种混沌数字化对称密码系统

论文摘要

非线性科学是一门研究非线性现象共性的基础科学,其中混沌理论是非线性科学的一个重要分支。本文利用数值模拟的方法对混沌密码学进行了研究,主要内容如下:提出了一种基于一维混沌映射的对称加密算法,该算法利用了混沌系统的伪随机性和遍历性;在加密或解密过程中,该算法产生了在固定区间的混沌伪随机序列,同时动态改变迭代初始次数及增量来对明文进行加密。提出了一个新的分组加密算法。选用多个权值对混沌轨道进行加权计算并用来掩盖明文信息,每次将多个明文分组同时进行加密,减少了混沌迭代次数,提高了算法的速度。为解决在有限精度条件下混沌序列是周期的且混沌系统动力学特性出现退化的问题,提出了一种新的基于一维逐段线性混沌映射的二元流加密算法,在加密或解密过程中,采用了秘密的扰动参数对混沌轨道进行扰动以增加混沌序列的周期;此外该算法采用非线性原则从拟混沌轨道生成性能良好的伪随机密钥流。设计了一个对明文消息交替的进行流加密和分组加密的加密算法,流加密和分组加密的选择由一个随机数来控制。对文本、图像、语音等文件的信息进行了加密解密处理,并本密码系统的性能进行分析。基于高维混沌系统较低维混沌系统,有更复杂的结构,可以增大密钥空间,且系统变量的时间序列更无规律等特点,提出了一个基于三维Lorenz系统的加密算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 混沌密码学的概述
• 1.1 混沌理论的简介
• 1.1.1 混沌理论的发展简史
• 1.1.2 混沌的定义
• 1.1.3 混沌的特征
• 1.2 密码学理论介绍
• 1.2.1 基本概念和术语
• 1.2.2 对称密钥加密
• 1.2.3 公开密钥加密
• 1.2.4 密码分析
• 1.3 混沌密码学
• 1.3.1 基于数字混沌系统的流加密算法
• 1.3.2 基于数字混沌系统的分组加密算法
• 1.3.3 混沌数字化密码系统的发展新思路
• 1.4 本章小结
• 2 一种基于混沌遍历性的加密算法
• 2.1 密码系统的设计
• 2.1.1 设计方案
• 2.1.2 加密过程
• 2.1.3 解密过程
• 2.2 实验结果
• 2.3 密码分析
• 2.3.1 加解密速度
• 2.3.2 密钥敏感性
• 2.3.3 统计分析
• 2.3.4 选择明文攻击
• 2.4 本章小结
• 3 多混沌映射加权分组加密算法
• 3.1 分组加密算法
• 3.1.1 准备阶段
• 3.1.2 加密阶段
• 3.1.3 解密过程
• 3.2 实验结果
• 3.3 密码分析
• 3.4 本章小结
• 4 一种伪随机比特生成器的设计及其在流密码中的应用
• 4.1 基于CCS-PRBG的混沌流式密码的简单介绍
• 4.1.1 基于双混沌系统的PRBG
• 4.1.2 定义
• 4.1.3 数字化CCS-PRBG的密码学特性
• 4.2 基于单混沌系统的伪随机比特生成器
• 4.2.1 混沌映射的选取
• 4.2.2 伪随机比特生成器的设计
• 4.3 加密算法描述
• 4.4 实验结果和密码分析
• 4.4.1 加解密时间分析
• 4.4.2 明密文分布
• 4.4.3 安全性分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于流加密和分组加密交替的混沌加密算法
• 5.1 项涛和王勇等的混沌分组加密算法简介
• 5.1.1 项涛等的算法
• 5.1.2 王勇等的算法
• 5.2 两个伪随机比特生成器的设计
• 5.2.1 第一个伪随机比特生成器的设计
• 5.2.2 第二个伪随机比特生成器的设计
• 5.3 基于流加密和分组加密交替的混沌加密算法的设计
• 5.3.1 初始设置
• 5.3.2 加密过程
• 5.3.3 解密过程
• 5.4 性能评价
• 5.4.1 两个比特序列的随机性测试
• 5.4.2 扩散和混淆的测试
• 5.4.3 内信息嫡测试
• 5.4.4 两个相邻像素的相关性测试
• 5.4.5 NPCR和UACI测试
• 5.5 本章小结
• 6 基于高维混沌系统的混沌加密算法
• 6.1 Lorenz系统及其系统变量时间序列的选取
• 6.2 高维混沌加密算法
• 6.2.1 定义说明
• 6.2.2 基于大间隔采样的高维混沌加密算法
• 6.2.3 解密过程
• 6.2.4 改进的高维混沌加密算法
• 6.3 安全分析
• 6.4 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