混沌偽隨機(jī)序列及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，信息安全成為了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界共同關(guān)注的熱點(diǎn)。以密碼學(xué)為核心的信息安全領(lǐng)域中，隨機(jī)序列扮演著非常重要的角色：密鑰的生成、數(shù)字簽名、認(rèn)證和鑒別以及各種安全通信協(xié)議都離不開高質(zhì)量的隨機(jī)序列。正如著名的密碼學(xué)家Bruce Schneier所說：“隨機(jī)序列是談?wù)撟钌俚拿艽a學(xué)問題，但沒有哪個(gè)問題比這個(gè)問題更重要”。從某種意義上講，隨機(jī)序列的安全性確定了整個(gè)安全體系的安全性。因此如何能夠得到高質(zhì)量的隨機(jī)序列發(fā)生就成

2、為了信息安全重點(diǎn)研究的問題。將混沌理論引入偽隨機(jī)序列是當(dāng)前國(guó)際非線性科學(xué)和信息科學(xué)兩個(gè)學(xué)科交叉融合的熱門前沿課題之一。本論文著重研究混沌偽隨機(jī)序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并嘗試將其用于保障信息的安全之中。
　　本論文中的主要貢獻(xiàn)是：
　?、?gòu)亩鄠€(gè)方面對(duì)混沌理論基礎(chǔ)作了詳細(xì)的論述。給出了混沌的定義，描述了混沌運(yùn)動(dòng)的特征，并介紹了各種常見的混沌模型和混沌研究所需的判據(jù)與準(zhǔn)則；
　?、诮榻B隨機(jī)序列的相關(guān)理論，對(duì)目前信息安全中使用

3、的隨機(jī)序列發(fā)生器進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，提出它們存在的問題：序列不夠長(zhǎng)、可以預(yù)測(cè)、產(chǎn)生的序列質(zhì)量較差、速度較低、使用不方便等；
　　③對(duì)區(qū)間數(shù)目參數(shù)化分段線性混沌映射(SNP-PLCM)的密碼學(xué)特性進(jìn)行詳細(xì)分析，并以此為基礎(chǔ)，提出了一種基于區(qū)間數(shù)目參數(shù)化分段線性混沌映射的偽隨機(jī)序列發(fā)生器。該發(fā)生器同時(shí)利用控制參數(shù)擾動(dòng)策略和輸出序列擾動(dòng)策略避免數(shù)字化混沌系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性退化。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列具有理想的

4、性能；
　?、芑煦鐐坞S機(jī)序列應(yīng)用于S盒，提出了一種基于混沌序列的可度量動(dòng)態(tài)S盒的設(shè)計(jì)方法。該方法利用區(qū)間數(shù)目參數(shù)化PLCM良好的密碼特性產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列，然后用偽隨機(jī)序列構(gòu)造混沌動(dòng)態(tài)S盒。數(shù)字分析結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的S盒有較高的非線性度和良好的嚴(yán)格雪崩特性；
　?、萏岢鲆环N基于混沌動(dòng)態(tài)S盒和非線性移位寄存器的快速序列密碼算法，該算法利用混沌偽隨機(jī)序列用來初始化非線性移位寄存器(NLFSR)、構(gòu)造非線性移位寄存器的更新函數(shù)和混沌

5、動(dòng)態(tài)S盒。非線性移位寄存器每循環(huán)一次輸出32比特密鑰流。每輸出162比特密鑰流，混沌()kS盒動(dòng)態(tài)更新一次，使得在安全和效率方面有一個(gè)比較好的折中點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以得到獨(dú)立、均勻和長(zhǎng)周期的密鑰流序列，同時(shí)可以有效的克服混沌序列在有限精度實(shí)現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)短周期和NLFSR每循環(huán)1次輸出1比特密鑰流的低效率問題；
　?、藿Y(jié)合傳統(tǒng)的Hash函數(shù)結(jié)構(gòu)與混沌動(dòng)態(tài)S盒，提出了一種基于混沌動(dòng)態(tài)S盒的帶密鑰的Hash函數(shù)，該方法利用混沌動(dòng)態(tài)S盒