基于数字化混沌理论的信息安全研究

【摘要】：随着信息技术的发展,信息安全问题日益突出。尽管研究者们在信息安全领域进行了广泛而深入的研究,并取得了丰硕的成果。但它还不够完善,不仅存在许多尚待开垦的领域,而且随着理论研究的不断深入,相应的分析方法也层出不穷。信息技术的发展对信息安全提出了越来越高的要求,迫切需要发展新的理论和先进的技术。混沌(Chaos)是一种貌似无规则的运动,指在确定性非线性系统中,不需要附加任何随机因素亦可出现类似随机的行为(内在随机性)。混沌系统的最大特点就在于系统的演化对初始条件十分敏感,因此从长期意义上讲,系统的未来行为是不可预测的。混沌系统的这些特点与信息安全领域有着天然的联系。近年来,随着混沌理论研究的逐步深入以及在应用领域所取得的重大进展,混沌密码学、基于混沌理论的信息隐藏技术逐渐成为当前研究的热点。但无论从安全性还是效率而言,现有的基于混沌理论的信息安全研究方案都还存在许多不足。本文我们主要进行基于数字化混沌理论的信息安全研究,包括数字化混沌密码学和基于数字化混沌理论的信息隐藏两个方面。本文的研究成果主要体现在: (1) 通过对M.S. Baptista 和K.-W. Wong 等人提出的一系列加密算法的深入研究,指出其在可行性和效率方面所存在的不足。在M.S. Baptista 和K.-W. Wong 等人的一系列算法中都采用了Logistic 映射,他们忽略了Logistic 映射的混沌吸引子中所存在的大量周期窗口以及Logistic 映射的迭代输出序列所具有的不均匀分布特性。这些特性从根本上造成了算法的加密效率低下,同时当控制参数选取不合适时还有可能直接导致加密算法的失败。针对这些缺点,我们提出采用输出序列具有均匀分布特性的线性分段函数的新方法。仿真结果证明了该算法的有效性。 (2) 提出了几种直接对ASCII 编码后的0、1 序列进行动态加密的新算法。算法设计中采用对混沌吸引子区域进行均匀分区的方式,每一个子区域都有一个与之对应的0、1 序列,不同的子区域可对应相同的0、1 序列。由于在算法设计中各子区域与0、1 序列之间是一对多的映射,可以极大提高算法的加密效率,同时也克服了大部分混沌系统所具有的输出序列分布不均匀的缺点。该类算法具有很好的通用性,算法设计都严格遵循Kerckhoff准则,即算法的安全性完全依赖于密钥。