混沌Hash函數安全性分析和構造.pdf

1、混沌密碼學是非線性科學與密碼學交叉融合的一門新的科學。經過了20多年的發(fā)展，混沌密碼學涉及的范圍由初期的流密碼和分組密碼，擴展到了包含Hash函數、公鑰密碼、數字水印、圖像隱藏等在內的廣泛領域，許多基于混沌的信息安全算法和協議相繼被提出。作為混沌密碼學的一個重要分支，混沌Hash函數是近幾年的一個研究熱點，也是混沌理論在密碼學領域中的一個新應用。
　　本文主要從兩個方面對混沌Hash函數展開研究：一是分析現有的典型混沌Hash方案

2、的安全性并給出有效的攻擊方法；二是設計安全性能更好、效率更高的混沌Hash算法。具體工作如下：
　　(1)分析了Ren等人提出的一種基于時空混沌的Hash函數的安全性。提出了一類針對分段線性混沌映射的算術差分分析方法，并利用此方法找到了目標方案的兩類最小差分傳播路徑。利用最小差分傳播路徑，設計了一種偽造攻擊方案，使攻擊者可以在不知道密鑰的情況下，從相互關聯的8個單分組差分消息及其中間鏈接Hash值中，以極高的概率偽造出合法的“明文

3、-MAC”對。給出了對目標算法的改進建議。
　　(2)對Xiao等人提出的一種基于混沌映射的并行帶密鑰Hash方案和一種基于混沌神經網絡的并行Hash方案進行了安全性分析。利用差分分析方法，找到了這兩種方案所采用的并行結構的設計缺陷，并設計了兩類偽造攻擊方案，使得攻擊者可在不知道密鑰的情況下，利用關聯消息及其MAC值，偽造出合法的“明文-MAC”對。指出了這兩類方案所采用的基于可變參數的PWLCM系統(tǒng)存在永恒不動點，并成功設計了一

4、類弱密鑰攻擊方案，使得惡意的認證用戶可以通過選擇特定的弱密鑰，利用不動點來構造有意義的MAC碰撞。
　　(3)對Xiao等人所提出的一種基于混沌映射的并行Hash改進方案、Huang等人所提出的一種基于混沌神經網絡的并行Hash改進方案、以及Wang等人所提出的一種基于混沌耦合格子的并行Hash方案進行了密碼分析。指出三種改進方案各自的缺陷和不足，并對Xiao方案和Wang方案給出了相應的偽造攻擊方案。參考PMAC算法，給出了一種

5、混沌并行Hash的改進結構。
　　(4)分析了Yang等人所提出的一種基于混沌網絡結構的Hash函數的安全性。利用代數分析方法，給出了目標方案混沌壓縮函數的方程組模型，并在此基礎上，設計了對目標方案的密鑰恢復攻擊。給出了對目標算法的改進建議。
　　(5)總結了對多種典型的混沌Hash算法的密碼分析成果，分析其安全漏洞的產生原因，并結合傳統(tǒng)Hash的經典設計思路，提出了一種全新的混沌Hash算法。新算法采用了寬管道HAIFA迭