元胞自動機原理及其在密碼學(xué)的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著信息化的迅速發(fā)展，信息安全的重要性與日俱增，成為科技領(lǐng)域面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。密碼學(xué)是信息安全的核心，鑒于其敏感性和特殊性，各國都在積極探索具有自主知識產(chǎn)權(quán)的密碼技術(shù)以保障國家和社會利益。元胞自動機固有的組成單元的簡單性、單元之間作用的局部性、信息處理的高度并行性以及全局的復(fù)雜性等特點，使其在密碼學(xué)領(lǐng)域中有著獨特的優(yōu)勢，被認為是密碼學(xué)自主化的重要核心技術(shù)之一。
　　 本文在綜述國內(nèi)外元胞自動機密碼技術(shù)的基礎(chǔ)上，對可逆和不可逆兩類元

2、胞自動機構(gòu)造對稱密碼的方法進行了深入的研究，取得的主要研究成果和創(chuàng)新之處包括：
　　 (1)提出了元胞自動機的交叉復(fù)合和隨機復(fù)合思想，在對復(fù)合元胞自動機系統(tǒng)的迭代特性進行初步分析的基礎(chǔ)上，利用不可逆元胞自動機的反向迭代加密技術(shù)，構(gòu)建了兩個基于復(fù)合元胞自動機的分組密碼系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，復(fù)合元胞自動機密碼系統(tǒng)很好地解決了單一元胞自動機密碼系統(tǒng)中存在的誤差單向擴散的問題，并且能夠以較小的規(guī)則半徑獲得大密鑰空間，減少了規(guī)則表的存儲空間

3、和迭代計算中的計算量。
　　 (2)提出了元胞自動機的耦合系數(shù)概念，構(gòu)造了一個新的耦合元胞自動機模型，并分析了耦合系數(shù)對耦合元胞自動機時空演化的影響。針對已有的單耦合元胞自動機加密系統(tǒng)中存在的不足，設(shè)計了一個基于多耦合元胞自動機的加密算法。該算法將多個元胞進行耦合，增強了兩個元胞自動機之間的作用，擴大了相互影響的范圍，使得誤差擴散更為快速。另外，從并行處理的角度出發(fā)，設(shè)計了一個耦合元胞自動機的并行加密模型，其優(yōu)點在于大大提高了加

4、密解密速度，具有更好的實時性和普適性。
　　 (3)針對可逆元胞自動機數(shù)量稀少、尋找困難的問題，給出了一種可逆元胞自動機的構(gòu)造方法，并利用可逆元胞自動機無信息損失和高度并行處理的特性設(shè)計密碼。另外，通過引入規(guī)則表的λ參數(shù)，對原本龐大的規(guī)則空間進行了劃分，證明滿足λ=0.5的一類規(guī)則適合用于加密，有效地避免了弱規(guī)則對加密算法性能的影響。理論分析和計算機仿真結(jié)果表明，這種基于可逆元胞自動機的加密算法比基于不可逆元胞自動機的加密算法具

5、有更快的加密速度和更大的密鑰空間，并且不存在數(shù)據(jù)膨脹問題，適合處理信息量大和實時性要求高的圖片、視頻和音頻。
　　 (4)針對圖像具有數(shù)據(jù)量大、冗余度高、相鄰像素間相關(guān)性強等特點，提出了一種基于二維可逆元胞自動機的多幅圖像加密算法。該算法能夠直接以二維的方式處理圖像，不需要進行二維轉(zhuǎn)換到一維的預(yù)處理，提高了信息處理的效率和速度。在加密過程中，由于采用了一種鏈式循環(huán)迭代的模式，使得每一幅圖像的明文統(tǒng)計信息被完全隱藏到其它所有密文圖