混沌在網(wǎng)絡(luò)信息安全中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，特別是Internet的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息的安全與保護(hù)問題日益成為亟待解決的關(guān)鍵問題。將混沌理論應(yīng)用于保密通信和信息加密已成為國際非線性科學(xué)和信息科學(xué)兩個領(lǐng)域交叉融合的熱門前沿課題之一，也是國際上高科技研究的一個新領(lǐng)域。本論文主要內(nèi)容涉及混沌同步理論研究和混沌序列在信息安全中的應(yīng)用研究。 主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新之處：1.對混沌理論在保密通信和信息加密中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析與

2、概述，提出了目前存在的一些需要解決的關(guān)鍵問題。 2.在介紹了幾類主要的混沌同步方法的基礎(chǔ)上；利用Lyapunov泛函方法，對一類具有混沌現(xiàn)象的時滯神經(jīng)元系統(tǒng)的藕合同步問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究，從理論上給出了同步的解析條件，從而避免了條件Lyapunov指數(shù)計算的復(fù)雜問題。其仿真實驗結(jié)果證實了同步理論的正確性。由于時滯動力學(xué)混沌系統(tǒng)具有無窮維同步吸引子，因而產(chǎn)生的混沌信號更加復(fù)雜且難以破譯，可望提高加密系統(tǒng)的保密能。 3.討論

3、了傳統(tǒng)線性移位反饋寄存器序列如m-序列等性能上存在的不足；在此基礎(chǔ)上，從理論上分析了Logistic-map和Chebyshev-map混沌序列的特性，并作了大量的對比分析實驗，包括混沌序列的隨機性、平衡性、游程特性、自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)、奇/偶自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)、相關(guān)旁瓣均方值以及線性復(fù)雜度等多項指標(biāo)。并研究了這些指標(biāo)與初值、系統(tǒng)參數(shù)、序列長度等之間的關(guān)系。 4.研究了如何利用混沌序列進(jìn)行保密通信的問題，提出了兩種可行的保密通信

4、方案。第一種方案實現(xiàn)了載波的自同步，即可以從接收信號直接提取出同步信號，不存在同步誤差傳播問題，它特別適合于理想信道或信噪比高的信道。第二種方案則利用混沌序列的理想相關(guān)性能，實現(xiàn)了擴(kuò)頻保密通信，并給出了誤比特率與擴(kuò)頻因子之間關(guān)系的近似公式；仿真實驗證明兩種方案的保密性好，有一定抗噪能力。 5.在混沌理論與傳統(tǒng)密碼學(xué)的結(jié)合應(yīng)用方面作了一些有意義的探討。對傳統(tǒng)密碼學(xué)加密原理理解的基礎(chǔ)上，對比分析了混沌系統(tǒng)具備的如擴(kuò)散、擾亂等密碼學(xué)特

5、性。針對一類混沌加密系統(tǒng)存在的不足，提出了一種改進(jìn)的多級混沌加密系統(tǒng)，詳細(xì)地描述了系統(tǒng)的加解密算法，并對該系統(tǒng)的安全性能進(jìn)行了深入分析，如擴(kuò)散擾亂特性、密鑰空間、弱密鑰問題和抗密碼學(xué)分析等。由于該系統(tǒng)采用了兩級混沌系統(tǒng)，并使用了置換器，使得密碼分析更加困難，較原系統(tǒng)進(jìn)一步提高了安全性。從工程的角度考慮了加密速度的提高問題，并給出了該加密系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的主要關(guān)鍵技術(shù)。 6.在介紹了數(shù)字水印技術(shù)的概念、研究現(xiàn)狀、特點和應(yīng)用情況下，提出

6、了一種新穎的基于模糊C均值聚類(FCM)和DCT變換的混沌數(shù)字水印自適應(yīng)算法。其創(chuàng)新之處在于應(yīng)用基于人類視覺系統(tǒng)(HVS)的FCM聚類結(jié)果，將隸屬度作為混沌水印信號的嵌入強度，從而實現(xiàn)了水印的自適應(yīng)嵌入，這使得水印圖像更具透明性。實驗結(jié)果也驗證了該算法具有的較強透明性，同時也表明算法對圖象增強、濾波等幾類攻擊方式具有抵抗力。由于引進(jìn)了混沌信號，使得水印產(chǎn)品的安全性得到了很大的提高。并且混沌信號數(shù)量眾多、容易產(chǎn)生和控制，可以大批量地對數(shù)字