【摘要】：混沌系統(tǒng)具有對初始條件敏感性、遍歷性、拉伸折疊變換特性、正的李氏指數(shù)、奇異吸引子等特性,這些特性與現(xiàn)代密碼學中的擴散和混淆等特征密切相關,因此其在密碼學方面有著巨大的應用價值。近年來,混沌保密通信受到了人們的廣泛關注。然而雖然有大量的混沌密碼設計與分析的研究成果被發(fā)表,但基于混沌的密碼算法仍需要經過相當長的時間才能被大規(guī)模的實際應用�；煦缑艽a體制的安全問題主要分為兩大類:加密算法的結構和混沌系統(tǒng)本身。其中對于混沌系統(tǒng)自身問題主要是由于在計算機等有限精度的設備上實現(xiàn)混沌系統(tǒng)時,混沌系統(tǒng)將會出現(xiàn)動力學性能退化現(xiàn)象,這將極大地破壞基于混沌系統(tǒng)的密碼體制的安全性,從而阻礙其在實際應用領域的發(fā)展。首先,為了克服數(shù)字混沌系統(tǒng)在有限精度下的動力學性能退化現(xiàn)象,不同于其它使用m序列或某些數(shù)字混沌系統(tǒng)作為擾動源的方法,本文使用連續(xù)混沌系統(tǒng)Chen作為擾動源,并使用Chen混沌系統(tǒng)的輸出分別擾動數(shù)字混沌映射Chebyshev的參數(shù)以及輸入,利用Chen系統(tǒng)的軌跡對數(shù)字Chebyshev系統(tǒng)進行補償�；诖朔N改善方案,設計了一種具有非常良好隨機性能的偽隨機數(shù)生成器。最后,對改善后的系統(tǒng)模型以及偽隨機數(shù)生成器進行仿真測試。其次,使用無跡卡爾曼濾波器(UKF)算法和擾動反饋技術混合操作來改善混沌系統(tǒng)的動力學性能退化。其中UKF算法用于預測和估計近似理想的數(shù)字混沌序列。然后,采用擾動方案對預測值進行擾動反饋,使得最終的輸出獲得更高的隨機性及安全性,從而能夠抵御如相空間重構技術等的攻擊。使用一維和三維混沌系統(tǒng)分別來驗證此改善方案,仿真結果表明了該方法的有效性、優(yōu)越性和魯棒性。同時,設計出對應的偽隨機數(shù)生成器,并通過測試表明其具有優(yōu)越的性能。最后,利用混沌映射Chebyshev多項式的半群特性以及相應的數(shù)學計算難題設計出適用于無線傳感器網絡的數(shù)字簽名技術;同時使用第一個研究課題所設計的混沌退化改善方案所生成的混沌系統(tǒng)設計一個新的哈希函數(shù),將改善后的混沌方案進行整數(shù)化操作,并將其作為哈希函數(shù)的壓縮迭代函數(shù),以使得所設計的哈希函數(shù)適用于節(jié)點資源有限的無線傳感器網絡。結合此數(shù)字簽名方案與哈希函數(shù)方案,最終構成基于混沌的無線傳感器網絡廣播身份認證方案。將此協(xié)議在硬件平臺CC2530上實現(xiàn),并給出各種性能測試與功耗分析。
【學位授予單位】：廣西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O415.5;TN918
【圖文】：

圖 1-1 本文創(chuàng)新點及相互之間的關系（3）使用擴展的 Chebyshev 混沌映射設計基于無線傳感器網絡的簽名算法，并使用第一個創(chuàng)新點所設計的混合混沌映射來構造適用于傳感器節(jié)點的哈希算法，二者結合構成無線傳感器網絡的廣播身份認證協(xié)議。同時在硬件平臺 CC2530 來實現(xiàn)此算法。并給出各種性能測試與功耗分析。1.4 本文的結構安排本文主要研究改善由于計算精度造成的混沌系統(tǒng)動力學性能退化方案以及基于混沌的無線傳感器網絡廣播身份認證協(xié)議。根據(jù)目前國內外主要研究方案，并與無跡卡爾曼濾波器（UKF）等理論結合，提出兩種改善性能退化方案的算法。同時設計并硬件實現(xiàn)了無線傳感器網絡的廣播認證協(xié)議。論文一共分為六章：第一章 緒論，闡述本課題的課題研究背景，對無線傳感器網絡的安全現(xiàn)狀以及混沌密碼學及其所存在的問題進行了簡要介紹，并給出了所有章節(jié)的安排。

圖 3-1 Chebyshev 映射分岔圖指數(shù)是一種重要的定量測度指標，它反映了相鄰兩個相空。因此，當最大李雅普諾夫指數(shù)為正時，系統(tǒng)呈現(xiàn)出復雜正的李雅普諾夫指數(shù)意味著，無論初始兩個軌道在相空間數(shù)速率增加，因此很難去預測系統(tǒng)。在這里我們給出了一種計算方法。一維混沌映射作為例子，對于混沌映射其表達式如下 +1= ( ). 維映射其只有一個拉伸和折疊的方向，所以如果其初值是間的距離為 = ( )( 0+ 0) ( )( 0) = ( )( 0) 0. 每次迭代后兩點間的平均拉伸比，其中 LE 為 Lyapunov

廣西師范大學碩士論文可以很顯然的看到當 Chebyshev 映射在低計算精度實現(xiàn)時，其相鄰軌道之間的相關性將很強，，這使得系統(tǒng)變得脆弱從而容易受到攻擊。從圖 3-9（c）可以看出，雖然其也是在低有限精度下實現(xiàn)的，但改進后的系統(tǒng)的相鄰軌道自相關與原 Chebyshev 映射相比要好很多這意味著改進后的系統(tǒng)能夠抵抗相關性攻擊和密文攻擊。

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 曹綠晨;羅玉玲;丘森輝;劉俊秀;;A perturbation method to the tent map based on Lyapunov exponent and its application[J];Chinese Physics B;2015年10期

本文編號：2799433