基于复杂混沌系统的流密码算法研究

论文摘要

近年来,因数据泄露造成的安全问题屡见不鲜,信息安全不仅与个人息息相关,而且在我国已经上升到了国家安全战略的高度,得到空前的重视。将一些非传统的方法引入信息安全领域,成为学术界研究的热点。流密码系统广泛应用于无线通信中,因此将具有伪随机性,不可预测性的混沌系统用于设计流密码算法得到研究者的重视。在常用的复杂混沌系统中,时空混沌由于其在时间和空间上都存在混沌的行为特征,因此得到了广泛的应用,它的典型例子是耦合映像格子(CML)模型,具有较多正的Lyapunov指数,系统在时间及空间方向上都是混沌的,其动力学行为非常丰富而复杂,所以非常适合用来设计流密码算法。但是在二维耦合映像格子模型的应用过程之中,研究者们往往直接将其应用到流密码算法的设计之中,很少有研究者对该混沌系统本身所具有的密码学相关性能进行系统的分析,使得它在混沌保密通信的应用缺少足够的理论支撑。因此,本文针对这些需要继续深入的研究点开展了相关的研究。同时发现其概率密度随参数的变化过程之中发现无论如何组合其参数的设置,系统的概率密度的取值并不均匀,因此从密码学的应用角度出发,对耦合映像格子模型特性进行了分析并对其在流密码中的应用进行了研究。本文完成的主要研究工作如下:1.基于分段Logistic映射(PLM)的二维耦合映像格子(2D CML)模型,给出了Lyapunov指数谱的解析式,并对模型的密码学相关性能进行了分析。研究结果为模型的应用提供了理论依据。2.针对2D CML模型概率密度不均匀的问题,提出了为每个格子添加数值不同的偏移量来实现概率密度的近似均匀化的解决方案。对均匀化后的2D CML模型进行了分析,分析结果显示该模型具有更好的密码学相关性能。3.以均匀化后的2D CML模型为基础部件,结合非线性函数和分区元胞自动机,设计出一种兼具效率和安全性的流密码算法。4.使用NIST测试工具对本文提出的算法进行随机性测试,并在安全性、相关性、效率等方面也进行了相应分析,验证了本文提出的算法是安全和有效的。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 注释表
• 第1章 引言
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 混沌理论研究现状
•     1.2.2 混沌映射研究现状
•     1.2.3 基于混沌的流密码算法研究现状
•   1.3 当前研究存在问题
•   1.4 课题研究内容与论文组织结构
• 第2章 混沌密码学基础知识及理论
•   2.1 混沌理论的基本概念
•     2.1.1 混沌的定义
•     2.1.2 复杂混沌系统
•   2.2 混沌映射与密码学的关系
•     2.2.1 混沌与密码学的异同点
•     2.2.2 常用的评价混沌映射的密码学相关特性
•   2.3 流密码理论基础
•     2.3.1 流密码算法的基础概念
•     2.3.2 流密码算法性能测试指标
•   2.4 本章小结
• 第3章 二维耦合映像格子模型的密码学相关性能分析
•   3.1 Lyapunov指数谱的数学分析
•     3.1.1 基础数学知识
•     3.1.2 Lyapunov指数谱的数学分析
•   3.2 分岔图分析
•     3.2.1 μ 改变对分岔的影响
•     3.2.2 N改变对分岔的影响
•   3.3 遍历区间分析
•     3.3.1 μ 改变对遍历区间的影响
•     3.3.2 N改变对分岔的影响
•   3.4 敏感性分析
• 2检测'>    3.4.1 x²检测
•     3.4.2 相关系数的测试
•   3.5 概率密度分析
•     3.5.1 ε变化时的概率密度分布
•     3.5.2 μ 变化时的概率密度分布
•     3.5.3 N变化时的概率密度分布
•   3.6 本章小结
• 第4章 基于模型的流密码算法
•   4.1 模型的改进
•     4.1.1 每个格子的概率密度及模型的改进
•     4.1.2 改进后模型的其他密码学相关性能
•     4.1.3 改进模型与其他模型的对比
•   4.2 元胞自动机与分区元胞自动机
•   4.3 基于改进模型的流密码算法
•   4.4 本章小结
• 第5章 流密码算法的分析
•   5.1 算法的优势及相关性分析
•     5.1.1 算法的优势
•     5.1.2 算法生成序列的相关性分析
•   5.2 算法的NIST随机性测试
•   5.3 算法的安全性分析
•     5.3.1 算法的密钥空间分析
•     5.3.2 算法的密钥敏感性分析
•     5.3.3 差分攻击
•   5.4 效率分析
•   5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵毅

导师: 王永

关键词: 混沌,指数,耦合映像格子模型,流密码算法

来源: 重庆邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 重庆邮电大学

分类号: O415.5;TN918.1

DOI: 10.27675/d.cnki.gcydx.2019.000627

总页数: 73

文件大小: 1950K

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