基于混沌理论的信息加密算法研究

• 作 者: 赵百超
• 机 构: 东北大学
• 出 处: 东北大学
• 发表日期: 2011年01期
• 关键词: 超混沌 密码学 哈希函数 序列密码 加密算法

混沌是指在确定性非线性系统中出现的类似随机的行为,混沌系统的显著特点是对初始条件的极端敏感性,也就是说系统未来行为在长期意义上是不可预测的。混沌的初值(参数)敏感性、拓扑传递性和轨道遍历性(随机性)能够满足密码学上扩散、混淆和密钥依赖性的要求,因此可以使用混沌来设计图像加密算法。研究混沌密码技术的理论和设计方法,可以为密码学的研究提供新的思路和发展方向。本文介绍了混沌系统理论和密码学的基本原理及方法,对混沌加密技术及其在加密的应用进行了系统分析。首先,本文在Chen吸引子和Liu吸引子的基础上,通过增加维数引入非线性分量的方法,提出了两种新型的超混沌吸引子,并对这两种新型超混沌吸引子分别进行了理论分析和仿真实验,其结果表明两种新型的超混沌吸引子有着良好的动力学特性。其次,本文基于新型的超混沌吸引子,提出了一种新的基于超混沌的密钥流发生器算法,并在其中首次引入了HASH函数,来实现对混沌伪随机序列的重构,提高了算法的安全性。再次,在综合研究了分组密码和序列密码的基础上,借鉴分组密码的优点,本文设计了一种新型的基于超混沌密钥流发生器的序列密码加密算法,并在算法中加入了初试置换和非线性S盒这两步操作,很好的避免了明文分组的统计特性对加密效果产生影响。最后,本文简单介绍了AES高级加密算法和对它构成威胁的Square攻击方法,分析其结果,进行了改进。与传统的软件加密相比,硬件加密具有速度快、安全性好等优点。本文介绍了FPGA技术及其应用,然后根据系统特点,实现了基于超混沌的混沌序列密码加密算法IP核,给出了系统的工作原理,并对程序设计进行了详细分析论述。基于NetFPGA平台对算法进行了测试,结果表明该IP核在不影响网络通信速率的前提下,很好的完成了加解密功能,对混沌密码学的应用研究具有一定的现实意义。最后对全文的研究工作进行了总结,并对混沌理论在信息安全应用中进一步研究做出展望。