非平穩(wěn)混沌序列密碼的理論與實現(xiàn)技術研究.pdf

1、非線性亂源是序列密碼體制建設的關鍵?；煦鐒恿W特性與密碼設計準則的一致性使得混沌系統(tǒng)被廣泛應用于構造序列密碼所需要的非線性亂源。然而，在計算機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)出的動力學退化行為會對基于數(shù)字混沌系統(tǒng)的密碼體制構成極大安全威脅，由此成為阻礙混沌密碼實用化進程的一大屏障。為此，尋求解決數(shù)字混沌系統(tǒng)動力學退化的方法，構造有限狀態(tài)空間上的混沌系統(tǒng)，是混沌密碼亟待解決的關鍵問題。
　　已有克服數(shù)字混

2、沌系統(tǒng)動力學退化的辦法多側重于對系統(tǒng)某些統(tǒng)計特性的改善，無法產生具有密碼學期望動力學性能的混沌輸出。有限狀態(tài)空間上已構造的混沌模型大都沒有考慮在實際混沌保密應用中的實現(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)進行有效攻擊，進而對所構造的混沌密碼體制構成安全威脅。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意義和應用價值。
　　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，采用基于事件驅動的脈沖同步控制機制和時間滑動窗的補償控制機制，建立一種雙向耦合的混雜混沌系統(tǒng)模型。采用相空間重構的方法，將混雜模型中數(shù)字系統(tǒng)的相空間拓撲等價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)模型進行了前端仿真、設計和驗證。
　　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)集中隨機性地跳變，參數(shù)的變換可視作有限群上的一種隨機游走。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)的動力學退化：根據(jù)微分中值定理和狀態(tài)反饋控制技術，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期望的動力學性能?；诖耍O計了一種具有良

5、好隨機性的偽隨機數(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期望的動力學性能。
　　在上述研究基礎上，基于數(shù)字混沌系統(tǒng)和模擬混沌系統(tǒng)的互補性，構建了變參數(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。基于此，設計了一種非平穩(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