基于混沌理論的信息安全加密系統(tǒng)的應(yīng)用研究.pdf

1、現(xiàn)在是計(jì)算機(jī)深入普及的信息時(shí)代,信息的傳輸通道是脆弱的公共信道,信息儲(chǔ)存于“不設(shè)防”的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,如何保護(hù)信息的安全使之不被竊取及不至于被篡改或破壞,已成為當(dāng)今普遍關(guān)注的重大問題。當(dāng)今,計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速,運(yùn)算部件處理數(shù)據(jù)速度越來越快,使得攻擊者對密碼的破譯速度及成本也越來越少。因此實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和安全度高的信息安全系統(tǒng)是信息時(shí)代的熱點(diǎn)研究問題之一。混沌現(xiàn)象是在非線性動(dòng)力系統(tǒng)中出現(xiàn)的確定性的、類似隨機(jī)的過程,從80年代末,混沌開始被應(yīng)用于

2、保密通信領(lǐng)域,其中尤其受密碼學(xué)界重視的是混沌序列密碼方法。用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的密鑰序列不僅表現(xiàn)出許多優(yōu)良的密碼學(xué)性能,而且混沌加密方法能極大地簡化傳統(tǒng)序列密碼的設(shè)計(jì)過程。所以,混沌密碼學(xué)方法是現(xiàn)代信息安全的重要研究前沿。本論文在對密碼學(xué)理論和混沌理論的研究基礎(chǔ)上,利用混沌序列的可重現(xiàn)性、隨機(jī)性和初始值敏感性,把混沌映射與密碼學(xué)理論相結(jié)合,構(gòu)造設(shè)計(jì)信息安全系統(tǒng),以保障信息的安全。本論文的主要研究成果包括:①對混沌的發(fā)展現(xiàn)狀作了詳細(xì)的論述,給出

3、了混沌的多種定義,描述了混沌的非線性動(dòng)力學(xué)特性,并闡述了混沌的判定準(zhǔn)則和通向混沌的道路。通過對混沌理論的研究、分析,指出混沌理論可以應(yīng)用于信息安全系統(tǒng)中保障信息的安全。②對混沌映射中“一次一密亂碼本”加密算法進(jìn)行了安全分析,指出雖然“一次一密亂碼本”是唯一可在數(shù)學(xué)上證明其安全性的加密算法,但是,由于計(jì)算精度的限制,使得密鑰流出現(xiàn)周期現(xiàn)象而降低了加密算法的安全性。針對這個(gè)問題,本文設(shè)計(jì)了一種參數(shù)μ動(dòng)態(tài)累加產(chǎn)生器對密鑰流發(fā)生器進(jìn)行周期擴(kuò)展,

4、并分析了動(dòng)態(tài)累加器的原理,構(gòu)造了動(dòng)態(tài)累加器的數(shù)學(xué)模型,避免了密鑰流發(fā)生器在明文較長而計(jì)算精度較低的情況下出現(xiàn)重復(fù)使用密鑰流的情況。通過性能分析,改進(jìn)后的密鑰流發(fā)生器的周期得到了很好的擴(kuò)展,保證了一次一密加密的安全性。③對混沌序列的安全性進(jìn)行了分析,指出混沌序列由于精度限制而發(fā)生偽隨機(jī)性的現(xiàn)象會(huì)極大降低信息安全系統(tǒng)的安全度。針對這個(gè)問題,本文提出利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性動(dòng)力學(xué)特性對偽隨機(jī)混沌序列實(shí)行進(jìn)一步的混淆和擴(kuò)散。在建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的過程

5、中,為了避免混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在較弱的激發(fā)強(qiáng)度下會(huì)陷入局部極小值,本文提出通過建立非線性前饋通道方法改進(jìn)混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過加密試驗(yàn)和安全性分析,表明偽隨機(jī)混沌序列經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理后,具有更好的隨機(jī)特性。④對分組密碼理論的安全性和混沌理論應(yīng)用于分組密碼的可行性進(jìn)行了分析,指出由于傳統(tǒng)分組密碼中S-box的是一種靜態(tài)結(jié)構(gòu)且與密鑰無關(guān),而降低了加密算法的安全度。針對這個(gè)問題,本文提出應(yīng)用雙向混沌映射構(gòu)造分組密碼中最關(guān)鍵的S-box,通過實(shí)驗(yàn)分析,可