混沌序列密码设计及其应用研究

论文摘要

计算机技术、互联网技术和信息技术的迅速发展改变了我们的生活和工作方式,为我们提供了便利的同时也带来了问题。信息安全受到了严峻的挑战,也受到了越来越多的关注。信息安全依赖于密码学的发展,这无疑给现代密码学提出了更高的要求。混沌是一种大自然中广泛存在的现象,混沌的初值敏感性、类随机行为、长周期的不稳定轨道等特性,与密码学的要求非常符合,所以混沌密码学成为了密码学领域的新兴分支学科。混沌密码学自上世纪九十年代初开始兴起,到如今已经发展了二十余年,我们逐渐发现了混沌密码在用于加密时的很多优势,但也存在着一些难以克服的问题。本文的研究目的是设计能够克服有限精度效应的混沌序列密码方案,以及相应的混沌量化方法,并能够在图像加密中取得良好的效果。本文的主要工作和创新点有以下几个方面:（1）本文详细介绍了混沌学的发展历程和混沌学的基本概念,对混沌动力学特性进行了分析,同时对密码学的知识体系进行了介绍。在此基础之上,又分析了数字混沌系统有限精度效应引起动力学特性退化问题,以及解决有限精度效应的常用补救措施。（2）本文针对数字混沌系统的有限精度效应引起的动力学特性退化问题,作了深入的研究和分析。在广义Lorenz系统的基础之上,选用四阶龙格-库塔法求解,提出了基于广义Lorenz系统、级联广义Lorenz系统和切换广义Lorenz系统三种扰动方案。（3）本文还重点研究了混沌序列预处理时的量化方案。在分析常用的混沌量化方法之后,提出一种新的基于多比特量化抽取的量化方案,并对混沌系统方案使用此量化方法,将得到的混沌二值序列进行了随机性和统计特性测试和分析,结果表明混沌系统方案设计和量化方案设计效果良好。（4）最后还介绍了混沌序列密码在图像加密方向的应用。对比了传统加密算法和混沌加密算法在图像加密上的优缺点,本文使用小波变换得到频域信息,对频域做加密处理,结合混沌序列密码,提出了基于小波变换的混沌图像加密方案。最后进行了仿真分析,仿真结果表明加密方案具有密钥空间大、密钥敏感性强、统计特性好等优点。能够抵抗穷举攻击、统计攻击、外来熵攻击和差分攻击等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 缩略语对照表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文的主要工作及组织结构
• 第二章 混沌学与密码学基本理论
•   2.1 混沌理论基础
•     2.1.1 混沌理论研究历程
•     2.1.2 混沌定义
•     2.1.3 混沌的动力学特性
•   2.2 密码学基础
•     2.2.1 密码学基本概念
•     2.2.2 密码系统分类
•     2.2.3 密码分析攻击方法
•     2.2.4 密码体制安全性
•   2.3 混沌与密码
•   2.4 混沌序列密码
• 第三章 混沌系统方案设计
•   3.1 几种典型的混沌系统
•   3.2 混沌系统的选取
•   3.3 混沌系统求解方法
•     3.3.1 欧拉法
•     3.3.2 龙格-库塔法
•     3.3.3 求解方法选取
•   3.4 数字混沌系统
•     3.4.1 数字混沌系统的有限精度效应
•     3.4.2 克服有限精度效应的方法
•   3.5 克服有限精度效应的混沌系统方案设计
•     3.5.1 m序列
•     3.5.2 基于m序列扰动的广义Lorenz系统方案设计
•     3.5.3 基于m序列扰动的级联广义Lorenz系统方案设计
•     3.5.4 基于m序列扰动的切换广义Lorenz系统方案设计
•   3.6 本章小结
• 第四章 混沌序列预处理
•   4.1 常见量化方式
•     4.1.1 位序列
•     4.1.2 多值序列量化法
•     4.1.3 阈值量化法
•     4.1.4 整数求余量化法
•   4.2 量化方法设计
•   4.3 混沌序列随机性测试
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于小波变换的混沌图像加密方案设计
•   5.1 数字图像加密技术
•   5.2 小波变换简介
•   5.3 图像加密算法设计
•     5.3.1 整体方案设计
•     5.3.2 小波域系数获取
•     5.3.3 子带系数加密过程
•     5.3.4 图像扩散加密过程
•     5.3.5 解密过程
•   5.4 加密算法的Matlab仿真分析
•     5.4.1 加解密结果
•     5.4.2 密钥空间分析
•     5.4.3 密钥敏感性分析
•     5.4.4 直方图分析
•     5.4.5 信息熵分析
•     5.4.6 相关性分析
•     5.4.7 差分攻击分析
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李建新

导师: 赵耿

关键词: 混沌密码学,混沌序列密码,广义系统,有限精度效应,扰动,图像加密,小波变换

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 西安电子科技大学

分类号: TN918.1;O415.5

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.002401

总页数: 72

文件大小: 3539K

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