混沌理論及其在信息安全中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和信息交換的日益頻繁，信息安全技術(shù)的研究變得越來越重要，作為新的密碼技術(shù)——數(shù)字混沌密碼技術(shù)已引起了國內(nèi)外學(xué)者濃厚的興趣和廣泛研究。混沌作為一種特有非線性現(xiàn)象，有許多值得利用的性質(zhì)，如：具有良好的偽隨機(jī)特性、軌道的不可預(yù)測(cè)性、對(duì)初始狀態(tài)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的極端敏感性等一系列優(yōu)良特性，這些特性與密碼學(xué)的許多要求是相吻合的。同時(shí)研究也發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的密碼方法中也存在著與混沌的聯(lián)系。由于越來越廣泛使用的圖像、多媒體信息，因其數(shù)據(jù)量大、冗

2、余度高，已給傳統(tǒng)密碼提出了挑戰(zhàn)，然而混沌密碼在多媒體信息的加密上體現(xiàn)了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。 本論文首先介紹了混沌理論的發(fā)展、混沌理論的基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)理論。從混沌流密碼和混沌分組密碼的角度討論了混沌和密碼學(xué)之間的關(guān)系。著重研究了混沌Hash算法、基于搜索機(jī)制的混沌密碼和基于混沌的圖像加密，取得了以下主要成果： （1）研究了混沌映射和密碼變換之間的關(guān)系,特別是對(duì)混沌偽隨機(jī)二值序列和混沌偽隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生方法進(jìn)行了研究。介紹了四類混沌偽隨

3、機(jī)二值序列產(chǎn)生方法, 并作出了詳盡的分析。 （2）嘗試新的Hash函數(shù)構(gòu)造方法，分析了混沌映射用于構(gòu)造單向Hash函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提出了基于Logistic映射的單向Hash函數(shù)構(gòu)造方法，該方法實(shí)現(xiàn)了任意長度原始文本單向Hash為128比特的Hash值。通過詳細(xì)的分析表明：該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)初值敏感性高，具有很好的單向Hash性能。 （3）在混沌密碼的研究中，M.S.Baptista和E.Alvarez提出的基于搜索機(jī)制的

4、混沌密碼得到了廣泛的研究，許多人提出了修改，本文在分析K.W.Wong和李樹鈞對(duì)M.S.Baptista方案修改的基礎(chǔ)上提出了新的修正方案。同時(shí)，本文在分析漢字區(qū)位碼特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合M.S.Baptista的基于搜索機(jī)制的混沌密碼方案，提出了基于搜索機(jī)制的混沌漢字加密方案。 （4）針對(duì)混沌密碼在圖像加密的優(yōu)勢(shì)，對(duì)混沌圖像加密技術(shù)做了重點(diǎn)的研究。研究了一維混沌映射、二維混沌映射和三維混沌映射產(chǎn)生圖像置亂矩陣的方法，該方法能夠?qū)⒃?/p>

5、始圖像變成面目全非的雜亂圖像，從而保護(hù)了數(shù)字圖像的真實(shí)內(nèi)容。在一維混沌的應(yīng)用上，提出了用多個(gè)一維混沌系統(tǒng)產(chǎn)生圖像置亂矩陣的方法，該方法速度快、置亂效果好。在二維混沌的應(yīng)用上，在分析Baker映射在圖像加密中優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了用混沌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像的分塊方案，并作了詳細(xì)的分析，研究表明此方案密鑰空間大、加密強(qiáng)度高。在三維混沌的應(yīng)用上，本文提出了一個(gè)帶參數(shù)的三維混沌系統(tǒng)，并作了詳細(xì)的安全分析、統(tǒng)計(jì)分析，該方案在圖像加密的速度和安全性上都有顯著