本文關(guān)鍵詞：數(shù)字化混沌的特性分析及其加密應(yīng)用研究

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【摘要】：通信技術(shù)的快速發(fā)展使得圖像、文本和語音數(shù)據(jù)可以直接通過各種終端設(shè)備進行存儲與傳輸,與此同時數(shù)據(jù)的安全問題也隨之而來,例如個人的隱私數(shù)據(jù)很容易被非法獲取。為了保障數(shù)據(jù)的相對安全,密碼技術(shù)越來越多地受到人們關(guān)注。在信息安全領(lǐng)域中,加密算法和Hash函數(shù)是兩項基本方法�，F(xiàn)今由于信息技術(shù)的發(fā)展使得部分傳統(tǒng)密碼算法受到威脅,于是研究者逐漸將目光轉(zhuǎn)向新的密碼學(xué)研究領(lǐng)域。其中,基于非線性科學(xué)的混沌理論,自發(fā)現(xiàn)之日起便以其自身良好的類隨機性、遍歷性、不可預(yù)測性和初始條件敏感性受到廣泛關(guān)注,已成為密碼學(xué)中一個重要的研究熱點。近些年來混沌理論在加密算法和Hash函數(shù)領(lǐng)域的研究取得了較大進展,但由于混沌理論研究還不夠成熟,現(xiàn)有的研究成果尚缺乏一個統(tǒng)一的標準,而且在安全性和效率方面也存在不足。在研究混沌應(yīng)用的過程中,學(xué)者們注意到混沌退化在一定程度上會降低密碼系統(tǒng)的安全性,因此混沌系統(tǒng)在有限精度下動力學(xué)特征退化這一現(xiàn)象引起了廣泛的重視。本文基于現(xiàn)有的研究成果,在充分考慮延緩數(shù)字混沌退化的基礎(chǔ)上,以帳篷映射為切入點研究混沌系統(tǒng)在圖像加密和Hash函數(shù)構(gòu)建方面的算法設(shè)計。本文的主要工作體現(xiàn)在以下四個方面：1.首先介紹了課題的研究背景,包括混沌理論的發(fā)展歷程及混沌密碼學(xué),然后給出了本文的幾個創(chuàng)新點。描述了密碼學(xué)的基本模型,并揭示了混沌系統(tǒng)自身特征與密碼學(xué)所要求的“混淆與擴散”之間的異同。簡單總結(jié)了當(dāng)前混沌在退化、圖像加密以及Hash構(gòu)建這三個方面的研究現(xiàn)狀。最后對混沌密碼學(xué)領(lǐng)域尚存在的不足做了分析,并給出了相應(yīng)的解決思路。2.針對數(shù)字混沌的退化現(xiàn)象提出了一種基于帳篷映射和切比雪夫映射的改進系統(tǒng),利用Lyapunov指數(shù)定義對帳篷映射的參數(shù)進行擾動。帳篷映射作為初始的隨機數(shù)發(fā)生器,每次自迭代產(chǎn)生的狀態(tài)值再經(jīng)過一次切比雪夫映射,如果經(jīng)切比雪夫映射后的狀態(tài)值落入一個固定區(qū)間,這個狀態(tài)值不僅會作為最終的系統(tǒng)輸出也將被反饋給帳篷映射并取代原有的參數(shù)。測試結(jié)果表明改進系統(tǒng)在自相關(guān)性、近似熵、混沌吸引子方面有著更加優(yōu)良的特性,同時有著良好的初始條件敏感性并通過了SP 800-22隨機數(shù)測試。3.采用帳篷映射與切比雪夫映射得到的改進系統(tǒng)實現(xiàn)了一種圖像加解密算法。首先將明文與密鑰量化為一個0到1之間的小數(shù)作為系統(tǒng)初值。利用系統(tǒng)軌跡構(gòu)建了兩個一維的遍歷矩陣,用于像素置亂。像素替換的過程由一種可逆的除運算完成,像素替換的時序由混沌狀態(tài)值控制。性能分析表明,圖像加解密算法具有足夠大的密鑰空間以抵抗暴力破解,并擁有較高的效率,而且有能力抵抗統(tǒng)計性分析、差分攻擊、已知明文攻擊和阻塞攻擊等基于密碼分析學(xué)的破解方法。4.利用FPGA定點小數(shù)實現(xiàn)了一種基于耦合映像格子與帳篷映射的高維混沌系統(tǒng),并利用該系統(tǒng)設(shè)計出了一種具有Hash函數(shù)功能的嵌入式安全模塊。該模塊可以快速生成固定長度的二進制信息認證碼,并且占用的硬件資源相對較少。該模塊所生成的信息認證碼對初始條件非常敏感,在基于“混淆與擴散”的統(tǒng)計性測試中也達到了較理想的狀態(tài)。最后以此安全模塊為基礎(chǔ)制定了一種信息認證的規(guī)則,用于嵌入式系統(tǒng)的版權(quán)保護。
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O415.5;TN918

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本文編號：1302003