混沌理論及其在信息安全中的應用研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展和信息交換的日益頻繁，信息安全技術的研究變得越來越重要，作為新的密碼技術——數(shù)字混沌密碼技術已引起了國內外學者濃厚的興趣和廣泛研究?；煦缱鳛橐环N特有非線性現(xiàn)象，有許多值得利用的性質，如：具有良好的偽隨機特性、軌道的不可預測性、對初始狀態(tài)及結構參數(shù)的極端敏感性等一系列優(yōu)良特性，這些特性與密碼學的許多要求是相吻合的。同時研究也發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的密碼方法中也存在著與混沌的聯(lián)系。由于越來越廣泛使用的圖像、多媒體信息，因其數(shù)據(jù)量大、冗

2、余度高，已給傳統(tǒng)密碼提出了挑戰(zhàn)，然而混沌密碼在多媒體信息的加密上體現(xiàn)了強大的優(yōu)勢。 本論文首先介紹了混沌理論的發(fā)展、混沌理論的基礎知識和相關理論。從混沌流密碼和混沌分組密碼的角度討論了混沌和密碼學之間的關系。著重研究了混沌Hash算法、基于搜索機制的混沌密碼和基于混沌的圖像加密，取得了以下主要成果： （1）研究了混沌映射和密碼變換之間的關系,特別是對混沌偽隨機二值序列和混沌偽隨機數(shù)的產(chǎn)生方法進行了研究。介紹了四類混沌偽隨

3、機二值序列產(chǎn)生方法, 并作出了詳盡的分析。 （2）嘗試新的Hash函數(shù)構造方法，分析了混沌映射用于構造單向Hash函數(shù)的優(yōu)點，提出了基于Logistic映射的單向Hash函數(shù)構造方法，該方法實現(xiàn)了任意長度原始文本單向Hash為128比特的Hash值。通過詳細的分析表明：該方法實現(xiàn)簡單，對初值敏感性高，具有很好的單向Hash性能。 （3）在混沌密碼的研究中，M.S.Baptista和E.Alvarez提出的基于搜索機制的

4、混沌密碼得到了廣泛的研究，許多人提出了修改，本文在分析K.W.Wong和李樹鈞對M.S.Baptista方案修改的基礎上提出了新的修正方案。同時，本文在分析漢字區(qū)位碼特點的基礎上，結合M.S.Baptista的基于搜索機制的混沌密碼方案，提出了基于搜索機制的混沌漢字加密方案。 （4）針對混沌密碼在圖像加密的優(yōu)勢，對混沌圖像加密技術做了重點的研究。研究了一維混沌映射、二維混沌映射和三維混沌映射產(chǎn)生圖像置亂矩陣的方法，該方法能夠將原

5、始圖像變成面目全非的雜亂圖像，從而保護了數(shù)字圖像的真實內容。在一維混沌的應用上，提出了用多個一維混沌系統(tǒng)產(chǎn)生圖像置亂矩陣的方法，該方法速度快、置亂效果好。在二維混沌的應用上，在分析Baker映射在圖像加密中優(yōu)點的基礎上，提出了用混沌系統(tǒng)實現(xiàn)圖像的分塊方案，并作了詳細的分析，研究表明此方案密鑰空間大、加密強度高。在三維混沌的應用上，本文提出了一個帶參數(shù)的三維混沌系統(tǒng)，并作了詳細的安全分析、統(tǒng)計分析，該方案在圖像加密的速度和安全性上都有顯著