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基于掺铒光纤激光器的混沌加密技术研究

郑骁鹏  
【摘要】: 随着现代电子信息技术及互联网技术的飞速发展,基于Internet和局域网的各种应用项目越来越深入到国家和人民的工作与生活之中,信息交换及数据存储也成为了信息网络中最重要的组成部分。如何保证信息安全已成为业界关注的焦点,对加密技术的研究也变得越来越重要。传统的加密方式已经逐步被不断发展的密码分析技术成功破解或加/解密速度已经缓慢得无法适用于高速发展的网络传输速度。混沌系统以其对系统初值及参数的高度敏感性、遍历性、轨道不可预知性等优良的伪随机特性,已经成为一种引起国内外学者浓厚兴趣和广泛研究的应用于信息加密的前沿课题。 本文首先介绍了信息安全和现代密码学的主要技术和方法,由此提出了对当前加密技术的新要求,通过对混沌理论及光学混沌的简要介绍,说明了混沌理论及技术在信息加密领域的优势和研究前景。然后在分析环形掺铒光纤激光器系统的动力学特性基础上,利用带光延迟反馈回路的单环掺铒光纤激光器(ODF-EDFL)系统作为混沌序列发生器来生成两个实值混沌序列,引入变化率的概念将其分别转化为二值混沌序列,再通过添加m序列扰动的方式对二值混沌序列进行混合优化,并通过统计特性分析和序列检验证明了此混合二值混沌序列优良的随机特性和应用于加密算法设计的可行性。接下来以此混合二值混沌序列为基础加密序列,通过对当前数字图像加密技术和数字水印技术的分析研究,设计了一系列新的数字图像加密算法和彩色图像水印算法,并通过仿真实验和安全性分析及抗攻击能力测试验证了算法的有效性和安全性。最后结合当前的数据库加密技术探讨了混沌加密思想在海关数据库加密中的应用前景,设计了利用ODF-EDFL混沌系统来改进分组加密算法中的AES加密算法和公开密钥中的RSA算法的方法,并通过仿真实验证明了此方法的有效性。 本文的研究将掺铒光纤激光器混沌系统引入混沌加密领域,提出并验证了一些新的加密算法,为光学混沌加密的进一步研究做出了一定的理论拓展和应用探索。


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