非平穩(wěn)混沌序列密碼的理論與實現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、非線性亂源是序列密碼體制建設(shè)的關(guān)鍵?；煦鐒恿W(xué)特性與密碼設(shè)計準(zhǔn)則的一致性使得混沌系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于構(gòu)造序列密碼所需要的非線性亂源。然而，在計算機(jī)等有限精度器件上實現(xiàn)的混沌系統(tǒng)（常被稱為數(shù)字混沌系統(tǒng)）所呈現(xiàn)出的動力學(xué)退化行為會對基于數(shù)字混沌系統(tǒng)的密碼體制構(gòu)成極大安全威脅，由此成為阻礙混沌密碼實用化進(jìn)程的一大屏障。為此，尋求解決數(shù)字混沌系統(tǒng)動力學(xué)退化的方法，構(gòu)造有限狀態(tài)空間上的混沌系統(tǒng)，是混沌密碼亟待解決的關(guān)鍵問題。
　　已有克服數(shù)字混

2、沌系統(tǒng)動力學(xué)退化的辦法多側(cè)重于對系統(tǒng)某些統(tǒng)計特性的改善，無法產(chǎn)生具有密碼學(xué)期望動力學(xué)性能的混沌輸出。有限狀態(tài)空間上已構(gòu)造的混沌模型大都沒有考慮在實際混沌保密應(yīng)用中的實現(xiàn)問題。此外，混沌系統(tǒng)的輸出常會攜帶系統(tǒng)特征，使得攻擊者可根據(jù)獲取的軌道信息對混沌系統(tǒng)進(jìn)行有效攻擊，進(jìn)而對所構(gòu)造的混沌密碼體制構(gòu)成安全威脅。為此，研究克服上述問題的理論與方法對混沌序列密碼具有重大科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
　　針對有限狀態(tài)空間上已有混沌模型存在的問題，本文

3、借鑒基于追蹤控制的混沌反控制思想，采用基于事件驅(qū)動的脈沖同步控制機(jī)制和時間滑動窗的補(bǔ)償控制機(jī)制，建立一種雙向耦合的混雜混沌系統(tǒng)模型。采用相空間重構(gòu)的方法，將混雜模型中數(shù)字系統(tǒng)的相空間拓?fù)涞葍r地拓展為無限維度量空間，論證了其在Devaney意義下的混沌性。最后，對混雜混沌系統(tǒng)模型進(jìn)行了前端仿真、設(shè)計和驗證。
　　針對基于固定參數(shù)混沌的密碼體制存在安全隱患的問題，本文構(gòu)造了一種Devaney意義下的變參數(shù)混沌系統(tǒng)，該系統(tǒng)中控制參數(shù)在離

4、散的參數(shù)集中隨機(jī)性地跳變，參數(shù)的變換可視作有限群上的一種隨機(jī)游走。變參數(shù)混沌系統(tǒng)的輸出序列具有非平穩(wěn)統(tǒng)計特性，由此使得基于變參數(shù)混沌系統(tǒng)的序列密碼體制具有很高的安全性。
　　針對數(shù)字混沌系統(tǒng)動力學(xué)退化現(xiàn)有解決方法存在的問題，本文首次借鑒混沌反控制的思想來解決數(shù)字混沌系統(tǒng)的動力學(xué)退化：根據(jù)微分中值定理和狀態(tài)反饋控制技術(shù)，提出一種變參數(shù)控制方法，實現(xiàn)了數(shù)字混沌系統(tǒng)的混沌化，并使其輸出具有密碼學(xué)期望的動力學(xué)性能?；诖?，設(shè)計了一種具有良

5、好隨機(jī)性的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器；借鑒基于外反饋的混沌反控制思想，提出一種混合控制方法，實現(xiàn)了數(shù)字混沌系統(tǒng)的混沌化，并使其輸出具有密碼學(xué)期望的動力學(xué)性能。
　　在上述研究基礎(chǔ)上，基于數(shù)字混沌系統(tǒng)和模擬混沌系統(tǒng)的互補(bǔ)性，構(gòu)建了變參數(shù)混雜混沌系統(tǒng)，論證了系統(tǒng)的混沌性和在噪聲環(huán)境下的同步魯棒性?；诖?，設(shè)計了一種非平穩(wěn)混沌序列密碼模型——變參數(shù)混雜混沌序列密碼，并在Cadence和FPGA上完成了其前端混合仿真。變參數(shù)混雜混沌系統(tǒng)的輸出序列具有