混沌序列生成技術及其若干應用研究.pdf

1、隨著信息技術的發(fā)展和網(wǎng)絡的普及，人們對于網(wǎng)絡中信息的安全問題日益關注，如何保證信息的保密性、完整性和可用性成為信息技術普及和發(fā)展面臨的一個基本問題，使得信息安全成為當前信息技術領域的研究熱點之一。而在信息安全研究的各領域中，對密碼理論和技術的研究處于核心的地位。
　　 混沌是非線性動力學系統(tǒng)所特有的一種運動形式，是一種貌似無規(guī)則的運動，是在確定非線性系統(tǒng)中，不需要附加任何隨機因素就可以實現(xiàn)的類隨機行為。一般的混沌系統(tǒng)都具有以下基

2、本特性：確定性、初值敏感性、遍歷性、混合性、快速衰減的自相關性、長期不可預測性和偽隨機性。而混沌系統(tǒng)所具有的初值敏感性、遍歷性、偽隨機性等特性與密碼學中的基本要求相似，密碼學的兩個基本原則：混亂(Confusion)和擴散(Diffusion)，在混沌系統(tǒng)中都可以找到相應的基本特性與之對應。混沌和密碼學之間所具有的天然聯(lián)系和結構上的某種相似性，為混沌理論在密碼學中的應用提供了良好的基礎。
　　 本論文主要研究基于混沌系統(tǒng)的混沌序

3、列生成方法和混沌序列的評價指標，同時研究了生成的混沌序列在Hash函數(shù)構造、圖像分割技術和數(shù)字圖像保護技術中的應用。具體包括以下工作：
　　 1.分析了基于混沌系統(tǒng)的密碼技術的研究現(xiàn)狀，包括混沌的定義、混沌運動的特征、幾種常見的混沌系統(tǒng)和研究混沌密碼技術的相關準則。
　　 2.研究了基于混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的偽隨機序列的性能評價指標，在此基礎上，提出了一種混沌系統(tǒng)初值敏感性的評價指標--分叉迭代次數(shù)，并將其應用于混沌系統(tǒng)的評價，

4、通過實驗仿真，分析了該評價指標的有效性。
　　 3.在對LFSR進行研究的基礎上，結合混沌系統(tǒng)，設計了一種LFSR和混沌系統(tǒng)相結合的序列生成方法。鑒于LFSR和混沌系統(tǒng)相結合具有較大的密鑰空間，采用LFSR產(chǎn)生選擇函數(shù)來確定混沌系統(tǒng)的方式增加了密碼分析攻擊的難度，通過將LFSR的反饋值和生成的二進制序列反饋值進行異或運算的方式實現(xiàn)了對LFSR的隨機擾動，使得生成序列具有良好的安全性和隨機性。本方案不僅實現(xiàn)了二值偽隨機序列的生成，

5、而且實現(xiàn)了實值偽隨機序列的生成。這兩種偽隨機序列產(chǎn)生過程通過對多個簡單的混沌系統(tǒng)進行統(tǒng)一的循環(huán)迭代計算來達到，降低了計算過程的復雜性，也便于硬件實現(xiàn)。
　　 4.在對Logistic和Tent混沌系統(tǒng)的相關性質(zhì)進行研究的基礎上，給出了一種分段Logistic映射構造方法，對其性能進行了實驗分析。結果表明，定義的分段Logistic混沌映射生成的偽隨機序列不僅具有良好的隨機性、初值敏感性等性能，而且應用分段Logistic映射生成

6、混沌序列的過程中，不需要增加相應的擾動過程，從而能夠有效提高算法的效率。根據(jù)分段Logistic映射具有分岔速度快的特點，將其應用于Hash函數(shù)的構造方法中，設計了基于分段非線性混沌系統(tǒng)的Hash函數(shù)構造方法。
　　 5.對Bernstein基函數(shù)的性質(zhì)和Arnold混沌系統(tǒng)生成序列的分布情況進行了研究，在此基礎上，設計了一種基于Bernstein基函數(shù)和混沌序列的偽隨機序列生成方法，對產(chǎn)生的偽隨機序列的相關性質(zhì)進行了實驗分析，

7、結果表明，基于Bernstein基函數(shù)和插值運算得到的序列不僅具有隨機分布的特點，而且其分布規(guī)律更適于基于混沌優(yōu)化的圖像分割算法。根據(jù)生成序列的分布特點，將其應用于基于混沌優(yōu)化的圖像分割算法中，取得了較好的分割效果。
　　 6.研究了基于混沌系統(tǒng)的數(shù)字圖像保護技術，包括基于混沌的自適應數(shù)字圖像加密算法、能較好抵御剪切變換攻擊的數(shù)字圖像加密算法和基于圖像融合技術的數(shù)字圖像加密算法；基于混沌迭代結構的數(shù)字圖像隱藏算法和基于圖像融合實