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(yǔ)音數(shù)據(jù)可以直接通過(guò)各種終端設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)與傳輸,與此同時(shí)數(shù)據(jù)的安全問(wèn)題也隨之而來(lái),例如個(gè)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(duì)安全,密碼技術(shù)越來(lái)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(xiàng)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(lèi)隨機(jī)性、遍歷性、不可預(yù)測(cè)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(gè)重要的研究熱點(diǎn)。近些年來(lái)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(jìn)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(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),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(guò)程中,學(xué)者們注意到混沌退化在一定程度上會(huì)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(dòng)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(diǎn)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(jì)。本文的主要工作體現(xiàn)在以下四個(gè)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(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。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(kuò)散”之間的異同。簡(jiǎn)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(gè)方面的研究現(xiàn)狀。最后對(duì)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(duì)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(jìn)系統(tǒng),利用Lyapunov指數(shù)定義對(duì)帳篷映射的參數(shù)進(jìn)行擾動(dòng)。帳篷映射作為初始的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,每次自迭代產(chǎn)生的狀態(tài)值再經(jīng)過(guò)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(gè)固定區(qū)間,這個(gè)狀態(tài)值不僅會(huì)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(cè)試結(jié)果表明改進(jìn)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(shí)有著良好的初始條件敏感性并通過(guò)了SP 800-22隨機(jī)數(shù)測(cè)試。3.采用帳篷映射與切比雪夫映射得到的改進(jìn)系統(tǒng)實(shí)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(gè)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(gè)一維的遍歷矩陣,用于像素置亂。像素替換的過(guò)程由一種可逆的除運(yùn)算完成,像素替換的時(shí)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(jì)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(diǎn)小數(shù)實(shí)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(jì)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(zhǎng)度的二進(jìn)制信息認(rèn)證碼,并且占用的硬件資源相對(duì)較少。該模塊所生成的信息認(rèn)證碼對(duì)初始條件非常敏感,在基于“混淆與擴(kuò)散”的統(tǒng)計(jì)性測(cè)試中也達(dá)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(rèn)證的規(guī)則,用于嵌入式系統(tǒng)的版權(quán)保護(hù)。
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O415.5;TN918

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本文編號(hào)：1302003