基于混沌的認證加密方案的設(shè)計與研究.pdf

1、近年來，隨著CAESAR競賽的舉行，使得對認證加密方案的研究達到了一個新的高潮。由于認證加密方案集保密和認證功能于一身的技術(shù)優(yōu)點，其可被廣泛應(yīng)用于既需要加密又需要進行數(shù)據(jù)完整性保護且對執(zhí)行效率要求高的環(huán)境中。目前使用的認證加密方案——CCM和GCM等，已逐漸不能滿足現(xiàn)在的應(yīng)用需求了，尤其是對CCM還存在諸多批評。本文結(jié)合混沌系統(tǒng)及細胞自動機和CAESAR競賽中候選方案的設(shè)計思想、安全分析等內(nèi)容，主要工作包括以下幾個方面:
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2、)對認證加密方案和混沌及細胞自動機的理論的基礎(chǔ)知識做了論述。首先介紹了認證加密方案的定義、一般模型、常見傳統(tǒng)認證加密方案的分類，并總結(jié)了CAESAR競賽中候選方案的基本設(shè)計思想，同時對混沌理論的幾類基本的模型作了總結(jié)，以及n-維非線性數(shù)字濾波器和細胞自動機的理論基礎(chǔ)。
　　(2)結(jié)合滿足Kelber條件的非線性數(shù)字濾波器以及SHA-3函數(shù)的設(shè)計思想，提出了一種基于耦合非線性數(shù)字濾波器的AE算法構(gòu)造方法。該算法采用Sponge結(jié)構(gòu)進

3、行迭代并利用耦合非線性數(shù)字濾波器產(chǎn)生的混沌比特流作為子密鑰對明文進行加密，同時從其中一個非線性數(shù)字濾波器的輸出端抽頭出來進行消息認證標簽的計算，從而實現(xiàn)同時加密認證的效果。研究結(jié)果表明:算法結(jié)構(gòu)簡單，運算快速，具有較高的安全性，同時耦合的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)中不存在復(fù)雜浮點運算，便于軟硬件實現(xiàn)。
　　(3)根據(jù)傳統(tǒng)SHA-3 Hash函數(shù)族中使用的類Sponge結(jié)構(gòu)——Duplex結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的可逆細胞自動機模型，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)新穎的On

4、e-pass AE方案。底層函數(shù)使用的是一類特殊的二階一維記憶可逆細胞自動機。AE方案通過可逆細胞自動機的演化運算，在不需要計算認證標簽且只需對每個明文塊進行一次處理的情況下完成對明文的加密。解密及驗證階段，則通過執(zhí)行此二階一維細胞自動機的逆向運算得出明文，并通過最終恢復(fù)的密鑰來完成密文完整性的驗證。理論分析和實驗結(jié)果表明，該方案具有良好的混亂和擴散特性，且能敏感的檢測出對密文的篡改，保證方案的認證性。而且方案還具有設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，執(zhí)行效