基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法
【專利摘要】本發(fā)明申請公開了一種基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法，是具有高安全和高效率的對稱加密技術(shù)。包括多個可相互擾動的混沌系統(tǒng)和控制參數(shù)表，控制參數(shù)表中包括有控制參數(shù)，加密方法為混沌系統(tǒng)每加密數(shù)個明文就變換一次控制參數(shù)，混沌系統(tǒng)每迭代數(shù)次做一次加密動作，解密方法為加密方法的逆向處理。在本發(fā)明中，包含兩個混沌動力學系統(tǒng)，它們每迭代一定次數(shù)就會相互影響，且兩個混沌系統(tǒng)的控制參數(shù)也會改變，達到擾動、混亂、擴散的功能。
【專利說明】基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種密碼系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著密碼分析學的不斷發(fā)展，攻擊方案的不斷改進和計算機技術(shù)的日益更新，許 多傳統(tǒng)的加密方法已顯得容易被攻破。如廣泛使用的m-序列，只需知道2n個比特（n為寄 存器的級數(shù)）的碼元就能破譯該系統(tǒng)；美國的加密標準DES(56比特）已經(jīng)于1997年6月 17日被攻破；2005又報道在商業(yè)應用中及其廣泛的hash散列算法MD5和SHA1已被成功的 攻擊；另，信息產(chǎn)品消費的多樣化和對其安全性的要求越來越高，信息安全領(lǐng)域急切希望擁 有更安全、實現(xiàn)方便、有效的信息保護手段。隨著基礎(chǔ)理論和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，目前一 些新興非傳統(tǒng)的方法進行信息加密與隱藏的方法得到充分的重視和大量的研發(fā)投入，其中 基于混沌的密碼設(shè)計就是被采納和受到廣泛研究的方法之一。
[0003] 混沌系統(tǒng)動力學行為極其復雜，難以重構(gòu)和預測，這一方面適于將其應用于密碼 系統(tǒng)設(shè)計，但這種復雜性也導致對基于混沌的密碼系統(tǒng)的安全性難于精確評估，相當一部 分已經(jīng)公開發(fā)布的基于混沛的密碼算法都被證明不安全，如AlvarezE在《physicsletter A》上發(fā)表的算法"Newapproachtochaoticencryption",WongKW在《ComputerPhysics communication》上發(fā)表的"Amodifiedchaoticcryptographicmethod，'，N.K.Pareek 在〈〈CommunicationsinNonlinearScienceandNumericalSimulation))上發(fā)表的 "Cryptographyusingmultipleone-dimensionalchaoticmaps，'等，被AlvarezG、韋 軍、陳勇等在相應期刊上發(fā)表了攻擊方法?；诨煦绲募用芤话愣纪ㄟ^混沌迭代得到混沌 軌道，根據(jù)該軌道在不知道混沌系統(tǒng)控制參數(shù)情況下數(shù)學證明的不可預測性，用軌道上的 某些混沌狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)對明文進行掩蓋來完成數(shù)據(jù)加密，每加密一個明文字符所需要的迭 代次數(shù)就至關(guān)重要，直接關(guān)系系統(tǒng)的安全與效率，為了系統(tǒng)的安全，很多基于混沌的算法往 往不加證明或?qū)嶒灥卦O(shè)置一個較大數(shù)，導致系統(tǒng)低效的同時，安生性也無堅實的理論依據(jù)。
[0004] 整個說明書對【背景技術(shù)】的任何討論，并不代表該【背景技術(shù)】一定是所屬領(lǐng)域技術(shù)人 員所知曉的現(xiàn)有技術(shù)；整個說明書中的對現(xiàn)有技術(shù)的任何討論并不代表認為該現(xiàn)有技術(shù)一 定是廣泛公知的或一定構(gòu)成本領(lǐng)域的公知常識。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明意在提供一種基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法，是具有高安全和高效率 的對稱加密技術(shù)。
[0006] 本方案中的基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法，包括多個可相互擾動的混沌系統(tǒng) 和控制參數(shù)表，控制參數(shù)表中包括有控制參數(shù)，加密方法為混沌系統(tǒng)每加密數(shù)個明文就變 換一次控制參數(shù)，混沌系統(tǒng)每迭代數(shù)次做一次加密動作，解密方法為加密方法的逆向處理。
[0007] 本方法可以基于計算機系統(tǒng)實現(xiàn)。
[0008] 在上述主要方案中，解密方法與加密方法的處理方向相反。參數(shù)表中所列參數(shù)應 該使混沌系統(tǒng)有優(yōu)良的混沌動力學行為。
[0009] 混沌系統(tǒng)的動力學行為極其復雜，難以重構(gòu)和預測。一般的混沌系統(tǒng)都具有如下 基本特性：確定性、對初始條件的敏感性、混合性、快速衰減的自相關(guān)性、長期不可預測性和 偽隨機性,這些基本特性同密碼學的基本要求（混亂和擴散）相一致。從數(shù)學的角度總體 上論證了基于混沌的動力學特性設(shè)計密碼系統(tǒng)的可性性，因此，我們的加密系統(tǒng)可借助混 沌的動力學行為來實現(xiàn)。
[0010] 為了設(shè)計高安全高效率的密碼系統(tǒng)，吸取已發(fā)表的基于混沌的密碼系統(tǒng)設(shè)計的理 論、經(jīng)驗和教訓非常必要，包括：
[0011] 經(jīng)典的混沌理論中，所有的動力學系統(tǒng)都是定義在連續(xù)域上的，當在計算機中模 擬混沌時，由于精度問題，不可避免地會帶來量化誤差，導致數(shù)字化混沌的動力學特性退 化。在還沒有理論對混沌的動力學退化給出精確的描述的情況下，適時地給擬混沌軌道一 個擾動是目前工程中解決退化問題的一種被實踐證明有效的辦法，為此，在本發(fā)明中，包含 兩個混沌動力學系統(tǒng)，它們每迭代一定次數(shù)就會相互影響，且兩個混沌系統(tǒng)的控制參數(shù)也 會改變，達到擾動、混亂、擴散的功能。
[0012] 設(shè)計出一種基于混沌的高安全高效率密碼系統(tǒng)，為各類需要信息安全保護的用戶 提供又一種有益的選擇。本發(fā)明所述的密碼系統(tǒng)，每迭代數(shù)十次做一次加密操作，與其它已 發(fā)表的基于混沌的密碼系統(tǒng)那樣相比較，它們通常需要用到查找表，且每做一次加密操作 通常需要迭代100多次，有明顯的效率優(yōu)勢。
[0013] 進一步，混沌系統(tǒng)每加密10個明文變換一次控制參數(shù)。用信息論唯一解距離方法 計算出，基于混沌迭代的加密機制，攻擊者在唯密文攻擊下必須擁有至少11. 7個密文才從 理論上有可能得到密鑰，因此，我們的發(fā)明，每加密10個明文，控制參數(shù)就改變一次。
[0014] 進一步，混沌系統(tǒng)每迭代20次做一次加密動作。通過理論分析和實驗發(fā)現(xiàn)，分段 線性映射形成的混沌系統(tǒng)需要每至少迭代10次得到的混沌狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)的分布具有良好 的差分特性，因此，在我們的加密機制中，選擇每迭代20次做一次加密動作。
[0015] 進一步，混沛系統(tǒng)包括Logistic映射和分段線性映射。
[0016] 進一步，包括兩個混沌系統(tǒng)，第一混沌系統(tǒng)由Logistic映射方程定義，第二混沌 系統(tǒng)由分段線性映射方程定義，明文處理為明文塊序列，控制參數(shù)表中包括第一、第二混沌 系統(tǒng)各自的預設(shè)置的控制參數(shù)值序列，密鑰是第一、第二混沌系統(tǒng)的初始狀態(tài)，加密步驟包 括以下步驟：通過初始控制參數(shù)和第一、第二混沌系統(tǒng)得到初始狀態(tài)即密匙；混沌系統(tǒng)每 迭代多次；根據(jù)明文塊序列中的明文塊和混沌系統(tǒng)得到與對應明文塊對應的密文塊，多次 執(zhí)行加密步驟即可將明文處理為密文，在加密步驟達到預設(shè)值時通過控制參數(shù)表選擇下一 控制參數(shù)值，然后繼續(xù)處理。
[0017] 進一步，第一混沌系統(tǒng)的控制參數(shù)表中的控制參數(shù)大于0.398且小于4。Logistic 映射的混沌狀態(tài)分布越接近4越均勻，因此，LS數(shù)組的取值在3. 98附近，以獲取更好的動 力學特性。

【具體實施方式】
[0018] 下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明：
[0019] 在本發(fā)明中，提出一種基于混沌的密碼系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由兩個混沌系統(tǒng)控制，這兩 個混沌系統(tǒng)由如下方程（1)和（2)定義：

【權(quán)利要求】
1. 基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法，其特征在于，包括多個可相互擾動的混沌系統(tǒng) 和控制參數(shù)表，控制參數(shù)表中包括有控制參數(shù)，加密方法為混沌系統(tǒng)每加密數(shù)個明文就變 換一次控制參數(shù)，混沌系統(tǒng)每迭代數(shù)次做一次加密動作，解密方法為加密方法的逆向處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法，其特征在于：混沌系統(tǒng) 每加密10個明文變換一次控制參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法，其特征在于：混沌系統(tǒng) 每迭代20次做一次加密動作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法，其特征在于：混沌系統(tǒng) 包括Logistic映射和分段線性映射。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法，其特征在于：包括兩個 混沌系統(tǒng)，第一混沌系統(tǒng)由Logistic映射方程定義，第二混沌系統(tǒng)由分段線性映射方程定 義，明文處理為明文塊序列，控制參數(shù)表中包括第一、第二混沌系統(tǒng)各自的預設(shè)置的控制參 數(shù)值序列，密鑰是第一、第二混沌系統(tǒng)的初始狀態(tài)，加密步驟包括以下步驟：通過初始控制 參數(shù)和第一、第二混沌系統(tǒng)得到初始狀態(tài)即密匙；混沌系統(tǒng)每迭代多次；根據(jù)明文塊序列 中的明文塊和混沌系統(tǒng)得到與對應明文塊對應的密文塊，多次執(zhí)行加密步驟即可將明文處 理為密文，在加密步驟達到預設(shè)值時通過控制參數(shù)表選擇下一控制參數(shù)值，然后繼續(xù)處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多個混沌系統(tǒng)的密碼處理方法，其特征在于：第一混沌 系統(tǒng)的控制參數(shù)表中的控制參數(shù)大于0. 398且小于4。
【文檔編號】H04L9/00GK104410489SQ201410826735
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】韋軍, 余靜, 曾旭, 鄒禮萍 申請人:遵義國正科技有限責任公司