基于數(shù)字化混沌理論的信息安全研究.pdf

1、隨著信息技術的發(fā)展，信息安全問題日益突出。盡管研究者們在信息安全領域進行了廣泛而深入的研究，并取得了豐碩的成果。但它還不夠完善，不僅存在許多尚待開墾的領域，而且隨著理論研究的不斷深入，相應的分析方法也層出不窮。信息技術的發(fā)展對信息安全提出了越來越高的要求，迫切需要發(fā)展新的理論和先進的技術?；煦?Chaos)是一種貌似無規(guī)則的運動，指在確定性非線性系統(tǒng)中，不需要附加任何隨機因素亦可出現(xiàn)類似隨機的行為（內(nèi)在隨機性）?；煦缦到y(tǒng)的最大特點就在于

2、系統(tǒng)的演化對初始條件十分敏感，因此從長期意義上講，系統(tǒng)的未來行為是不可預測的?；煦缦到y(tǒng)的這些特點與信息安全領域有著天然的聯(lián)系。近年來，隨著混沌理論研究的逐步深入以及在應用領域所取得的重大進展，混沌密碼學、基于混沌理論的信息隱藏技術逐漸成為當前研究的熱點。但無論從安全性還是效率而言，現(xiàn)有的基于混沌理論的信息安全研究方案都還存在許多不足。本文我們主要進行基于數(shù)字化混沌理論的信息安全研究，包括數(shù)字化混沌密碼學和基于數(shù)字化混沌理論的信息隱藏兩個

3、方面。本文的研究成果主要體現(xiàn)在：(1)通過對M.S.Baptista和K.-W.Wong等人提出的一系列加密算法的深入研究，指出其在可行性和效率方面所存在的不足。在M.S.Baptista和K.-W.Wong等人的一系列算法中都采用了Logistic映射，他們忽略了Logistic映射的混沌吸引子中所存在的大量周期窗口以及Logistic映射的迭代輸出序列所具有的不均勻分布特性。這些特性從根本上造成了算法的加密效率低下，同時當控制參數(shù)選

4、取不合適時還有可能直接導致加密算法的失敗。針對這些缺點，我們提出采用輸出序列具有均勻分布特性的線性分段函數(shù)的新方法。仿真結(jié)果證明了該算法的有效性。(2)提出了幾種直接對ASCII編碼后的0、1序列進行動態(tài)加密的新算法。算法設計中采用對混沌吸引子區(qū)域進行均勻分區(qū)的方式，每一個子區(qū)域都有一個與之對應的0、1序列，不同的子區(qū)域可對應相同的0、1序列。由于在算法設計中各子區(qū)域與0、1序列之間是一對多的映射，可以極大提高算法的加密效率，同時也克服

5、了大部分混沌系統(tǒng)所具有的輸出序列分布不均勻的缺點。該類算法具有很好的通用性，算法設計都嚴格遵循Kerckhoff準則，即算法的安全性完全依賴于密鑰。(3)以二維Hénon混沌映射和Logistic映射為例，提出了一種新的通用密鑰流發(fā)生器。在Hénon混沌吸引子的各子區(qū)域和兩條Logistic映射所產(chǎn)生的0、1矩陣之間建立一個一一對應的關系。為了有效的避免在數(shù)字化混沌序列中所存在的有效精度效應問題，在具體產(chǎn)生密鑰流的過程中，我們提出了對L

6、ogistic映射的控制參數(shù)進行微擾的方式，從而可極大的增長密鑰流序列的周期。仿真結(jié)果表明該方案所產(chǎn)生的密鑰流序列能很好的通過標準的隨機性能測試，同時具有良好的自相關和互相關特性等特點。(4)提出了一種新的將象素置換和象素值改變相結(jié)合的灰度圖象加密算法。首先利用Arnold變換對圖象象素點進行置亂，以徹底改變象素點在空間中的排列位置。然后對Chen氏混沌系統(tǒng)的輸出序列進行預處理以將之轉(zhuǎn)化為適合于灰度圖象加密格式，對置亂圖象的象素點順次加

7、密。算法具有密鑰空間大、密文圖象具有極好的類噪聲特性等特點。為進一步增強算法的安全性，我們討論了幾種可能存在的攻擊方式，并給出了相應的改進措施。(5)提出了一種通用分塊數(shù)字水印透明性檢測模型，在基于透明性檢測模型的基礎上，給出了兩種基于數(shù)字化混沌理論的數(shù)字水印嵌入算法：基于混沌的混合SVD－DCT數(shù)字水印算法；基于混沌的DCT盲水印算法。在算法實現(xiàn)中，首先利用基于混沌的圖象加密算法對圖象水印進行加密，然后由另一混沌加密算法來決定密文水印