基于FPGA的混沌加密系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)、計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信已經(jīng)成為信息傳播的主要工具，通過網(wǎng)絡(luò)人們可以方便地交流各種各樣的信息，其中不僅包括各種文本信息，還包括圖像、音頻、視頻等多媒體信息，這使得數(shù)據(jù)信息的安全變得尤為重要。如何保證信息的安全，這對加密系統(tǒng)不論從加密算法還是系統(tǒng)本身性能都提出了更高的要求，并使得研究如何保證數(shù)字信息的安全性成為熱門課題。
　　 自從20世紀60年代E.N.Lorenz發(fā)現(xiàn)第一個混沌吸引子以來，混沌理

2、論迅速發(fā)展起來并在許多領(lǐng)域中得到了較為廣泛的關(guān)注?；煦鐚Τ跏紬l件和系統(tǒng)參數(shù)的極端敏感性、白噪聲的統(tǒng)計特性和不可預(yù)測性等良好特性使其具有天生的密碼學(xué)特性，所以近些年來基于混沌的加密系統(tǒng)設(shè)計迅速發(fā)展起來;而FPGA作為新興的高密度可編程邏輯器件，具有集成度高、單元靈活以及可重復(fù)編程等特點，所以適合設(shè)計數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)。基于以上幾點，本文提出基于FPGA的混沌加密系統(tǒng)的研究，在研究超混沌系統(tǒng)和新的圖像加密算法的基礎(chǔ)上，以FPGA作為硬件平臺物理實

3、現(xiàn)混沌加密系統(tǒng)。
　　 本文首先介紹了混沌學(xué)和密碼學(xué)的基本概念以及在國內(nèi)外的發(fā)展狀況，并對幾種典型的混沌系統(tǒng)加以介紹。提出了一個新的超混沌細胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并通過理論分析和仿真對該系統(tǒng)的基本動力學(xué)特性進行了深入研究，分析結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較為復(fù)雜的動力學(xué)行為特性。在此基礎(chǔ)上進行了硬件設(shè)計，物理實現(xiàn)了基于FPGA的混沌細胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，得到了混沌吸引子，為混沌加密系統(tǒng)提供偽隨機序列發(fā)生器。
　　 另外，根據(jù)超混沌系統(tǒng)具有更

4、為復(fù)雜的相空間和動力學(xué)行為，本文提出了一種新的AES超混沌圖像加密算法。該算法利用混沌序列構(gòu)成AES算法中S盒，以提高S盒的復(fù)雜性，同時，采用加入外部密鑰的混沌序列分別對圖像像素點進行位置置亂，以提高加密算法的安全性。
　　 再者，本文根據(jù)加密系統(tǒng)的設(shè)計要求，提出了以FPGA為硬件平臺的設(shè)計實現(xiàn)方案。以FPGA作為硬件平臺，不僅可以較大提高加密系統(tǒng)的安全性，并且可以提升系統(tǒng)的實時性能;而且FPGA可重復(fù)進行硬件編程，設(shè)計開發(fā)周期

5、短，設(shè)計制造成本低，開發(fā)工具先進，所以可以根據(jù)需要對其局部資源進行功能擴展和更新，增加了系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的靈活性并且可以達到降低開發(fā)成本的目的。本文根據(jù)FPGA特有的結(jié)構(gòu)和模塊設(shè)計方法，采用VHDL硬件描述語言完成系統(tǒng)的底層模塊代碼編寫，并使用原理圖法組合底層模塊，設(shè)計頂層文件，通過了仿真與測試，驗證系統(tǒng)的正確性和功能性;再通過編譯、管腳約束和布局布線等，完成系統(tǒng)工程文件的編寫，下載至FPGA目標芯片中以硬件實現(xiàn)混沌加密系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，使