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二维超混沌序列密码算法的设计与实现研究

二维超混沌序列密码算法的设计与实现研究

作者：吴伟中国海洋大学

学位级别：硕士

在信息时代的今天,随着通信技术和网络技术的高速发展和广泛应用,越来越多的信息在网络上传输,信息的安全与保护问题显得愈发重要,使得密码学理论与技术成为信息科学与技术中的一个重要研究领域。近年来,许多研究者发现,混沌和密码学之... 详细信息

在信息时代的今天,随着通信技术和网络技术的高速发展和广泛应用,越来越多的信息在网络上传输,信息的安全与保护问题显得愈发重要,使得密码学理论与技术成为信息科学与技术中的一个重要研究领域。近年来,许多研究者发现,混沌和密码学之间存在着内在的密切联系。混沌系统对初始条件极端敏感,能够产生大量的具有类随机性、相关性、复杂性和较宽频谱等优良密码学性能的序列,为数据加密提供了一种新的有效的手段。但混沌密码学作为新兴的交叉学科,它尚处于初期发展阶段。尽管已经有许多混沌加密方案提出,但混沌密码学的方法还未完全成熟。本文的研究就是在这样的背景下进行的,对可应用于混沌密码系统中的混沌映射、混沌序列密码体制、用于生成密钥的混沌随机数发生器等关键问题进行了探讨。首先,本文系统介绍了混沌、现代密码学的基础理论,以一维Logistic映射为例,详细讨论了描述混沌的主要特征量和基本特性;重点分析了从低维到高维的三种常见典型混沌系统的特性;着重介绍了序列密码的基本原理、方法、特点。针对一维混沌加密算法密钥空间小,安全性不高等缺陷,本文选用Logistic映射耦合生成的二维超混沌系统作为研究对象,把研究的重点放在超混沌序列在数据加密的应用中,以期在混沌数据加密算法研究方面做出一些有益的努力和尝试,同时对超混沌在数据加密的应用研究做一些探索。然后,采用美国Altera公司推出的快速FPGA开发环境DSP Builder作为设计工具,介绍了在该环境下进行数字系统设计的一般方法。在分析了目前混沌序列发生器硬件实现方法的基础上,利用该工具对二维超混沌序列发生器进行了建模设计。仿真分析证明,该方法极大的简化了硬件实现流程,开辟了一条新的DSP处理器及系统的设计方法,为设计具有自主知识产权的DSP处理芯片做了有意义的尝试。最后,本文对研究工作的继续深入进行提出了设想。

关键词：二维超混沌序列密码混沌序列发生器 DSP Builder FPGA

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基于二维超混沌映射的强鲁棒性数字水印算法

电视技术 2015年第21期39卷 30-33页

作者：李晓静徐红霞马海英济源职业技术学院艺术设计系河南济源459000 南通大学计算机科学与技术学院江苏南通226019

针对数字水印透明性和鲁棒性之间的矛盾,提出了基于二维超混沌映射的强鲁棒性数字水印算法,通过对水印图像进行超混沌加密,生成水印序列,该序列具有混沌系统的初值敏感性。同时结合二级离散小波变换(DWT)对载体图像进行分块处理,在图像... 详细信息

针对数字水印透明性和鲁棒性之间的矛盾,提出了基于二维超混沌映射的强鲁棒性数字水印算法,通过对水印图像进行超混沌加密,生成水印序列,该序列具有混沌系统的初值敏感性。同时结合二级离散小波变换(DWT)对载体图像进行分块处理,在图像块与水印序列行之间建立对应关系,选择合适的中低频系数嵌入水印bit值。仿真实验表明改进算法在保证水印安全性的前提下,能够有效地抵抗噪声、滤波、几何攻击,表现出较强的鲁棒性,适用于数字信息的版权保护。

关键词：二维超混沌混沌加密鲁棒性数字水印

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噪声引导的二维超混沌同步身份认证模型设计

计算机科学与探索 2013年第6期7卷 527-535页

作者：李涛赵可昭任赛赛古力南开大学信息技术科学学院天津300071

身份认证技术作为保障信息安全性的手段之一,对于提高网络通信安全性具有重要意义。传统身份认证技术在通信过程中会直接或间接地传输用户相关的机密信息,由于认证系统本身存在漏洞,并且反制技术逐步升级,这些信息很容易被泄露或窃取。... 详细信息

身份认证技术作为保障信息安全性的手段之一,对于提高网络通信安全性具有重要意义。传统身份认证技术在通信过程中会直接或间接地传输用户相关的机密信息,由于认证系统本身存在漏洞,并且反制技术逐步升级,这些信息很容易被泄露或窃取。参照噪声引导的二维超混沌同步方程,设计实现了一种新型的身份认证模型,可以在认证通信中仅传输随机噪声信号,不发送密钥或口令,从而避免信息被泄露或窃取。分别在现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)和PC上实现了同步算法,构建了跨平台测试环境,验证了该模型的安全性和准确性。

关键词：身份认证噪声引导二维超混沌网络通信同步

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二维超混沌系统的研究及在图像加密中的应用

计算机技术与发展 2020年第5期30卷 103-108页

作者：张修引曾齐红邵燕林梁梓君长江大学地球科学学院湖北武汉430100 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油新疆油田公司数据公司新疆克拉玛依834000

构建了一个基于二维超混沌方程的非线性混沌映射,采用直方图、吸引子图的分析方法,研究了二维超混沌方程的特性;然后在该混沌方程的基础上,提出了一种新型的图像加密算法,其具体方法是先将彩色图像分离成红、绿、蓝三个分量,然后分别采... 详细信息

构建了一个基于二维超混沌方程的非线性混沌映射,采用直方图、吸引子图的分析方法,研究了二维超混沌方程的特性;然后在该混沌方程的基础上,提出了一种新型的图像加密算法,其具体方法是先将彩色图像分离成红、绿、蓝三个分量,然后分别采用排序,异或,先排序后异或的方法进行加密。仿真结果表明,该加密算法对明文和密文都非常敏感,对初始密钥十分敏感,初值敏感性能达到10-10;密文图像的信息熵为7.908 563 896 646 1,非常接近理想值8;红、绿、蓝三个分量加密图像和明文图像之间的水平相关性系数差值分别是0.961 465 408 259 75、0.951 712 655 336 949、0.962 750 222 811 646。文章采用的加密方法完全改变了明文图像的像素值,使密文能够抵御攻击,仿真实验结果表明该加密算法具有良好的加密效果和安全性。

关键词：二维超混沌敏感性分析信息熵密钥空间分析

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基于二维超混沌序列的交替加密

信息安全与通信保密 2007年第1期29卷 125-126,130页

作者：黄爱美李欣马宝艳中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛266071

文章提出了一种将二维超混沌系统生成的序列对明文进行交替加密的方法,同时采用多种方法对数据进行处理,产生密钥流。该算法有加密速度快、易于计算机实现、密钥空间大等优点。

关键词：二维超混沌密钥流文替加密

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基于混沌变换的数据库零水印算法研究

基于混沌变换的数据库零水印算法研究

作者：是垚兰州大学

学位级别：硕士

在当前的网络信息化时代,由于电子政务、电子商务等应用的普及,越来越多的数据库数据通过网络进行存储和发布,这些数据往往蕴含有巨大的社会价值与经济价值,如何采取有效的机制对关系数据库实施版权保护,已成为数据库安全研究的重点问... 详细信息

在当前的网络信息化时代,由于电子政务、电子商务等应用的普及,越来越多的数据库数据通过网络进行存储和发布,这些数据往往蕴含有巨大的社会价值与经济价值,如何采取有效的机制对关系数据库实施版权保护,已成为数据库安全研究的重点问题。目前数字产品版权保护最有效的技术手段之一是利用数字水印技术。因此,有必要针对关系数据库和数字水印技术的特点,研究适用于关系数据的数字水印技术,以解决数据库的版权保护问题。基于这种情况,本文在分析已有数据库数字水印算法的基础之上,把混沌变换引入数据库水印处理,并且对水印的构造空间进行了扩展,设计了一种基于混沌变换的数据库零水印模型。所做的主要工作及取得的创新成果主要体现在以下几个方面:首先,基于混沌变换的确定性、离散的伪随机性、初值的敏感等特性,将混沌变换应用到数据库零水印构造及检测过程中,借助混沌序列筛选待构造水印的数据项。其次,扩展了水印的构造空间。依据特征权重长度均值对数据项进行分类,把水印构造空间扩展到数据项的第二重要比特位和第三重要比特位,从而达到在能满足水印构造需求的同时,使得水印提取在关系数据中更加分散。再次,为了防止加密的初始水印被混沌同步分析法破译,本文改进了初始水印采用一维混沌系统加密的算法,应用二维超混沌系统对初始提取水印进行加密,较好地提高了系统的安全性。最后,通过仿真实验对所做工作进行了验证,实验结果表明,该水印算法具有较好的性能和可用性。

关键词：数据库零水印水印构造水印检测混沌变换构造空间二维超混沌

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基于洗牌算法的混沌系统图像加密

基于洗牌算法的混沌系统图像加密

作者：赵尹安徽理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着计算机技术和通信技术的飞速发展,数字信息已广泛应用于社会的各个领域。由于数字图像的直观图像和生动的特征,它已成为数字信息中最广泛使用和最重要的信息表达形式。因此,数字图像的安全性已成为一个永恒的问题。基于混沌... 详细信息

近年来,随着计算机技术和通信技术的飞速发展,数字信息已广泛应用于社会的各个领域。由于数字图像的直观图像和生动的特征,它已成为数字信息中最广泛使用和最重要的信息表达形式。因此,数字图像的安全性已成为一个永恒的问题。基于混沌系统设计的加密算法的安全性在很大程度上取决于混沌系统的性能。如何设计一个更好的混沌加密系统已成为一个研究热点。设计新混沌系统极其困难,一维系统结构简单,实现容易,本文在现有简单的一维置乱-扩散结构的基础上将置乱和扩散进行分别改进并分析其系统特性。另外,通过高维系统的复杂结构对混沌序列进行加密,从而更高程度地获得算法的安全性,改进了二维混沌系统的单扰码扩散结构,采用了双扰乱和双扩散的结构。采用改组算法和双向折叠扩散算法验证了算法的可行性,基于混沌理论和特点,详细分析了几种基于混沌理论的典型图像加密算法的安全性。简要介绍和分析了国内外图像加密的现状,介绍了混沌系统和图像加密的相关特性,并简要介绍了基本的一维逻辑系统映射和简单的二维逻辑,为进一步改进图像加密技术奠定了基础。提出了一种基于洗牌算法的双向折叠扩散混沌系统加密算法。加密算法基于经典的Logistic简单的混沌系统,创新使用本文提出的改进的洗牌算法来置乱像素位置。然后使用多向扩散方法来简化优化,然后使用双向折叠扩散。在信息熵等方面表现良好。通过对简单二维超混沌系统进行改进,提出了一种具有双置乱和双扩散的二维超混沌系统加密方法。将二维超混沌的简单置乱转化为明文序列,改进了简单扩散步骤,通过扩散置乱运算,提高了维数,然后利用上文改进的洗牌置乱算法和二方向折叠扩散算法结合进行加密,然后进行仿真实验。仿真结果表明,具有图像像素位置和像素值双重置乱的混沌加密算法优于使用逻辑混沌序列的加密算法。基于洗牌算法和基于加密混沌函数的设计两个加密混沌函数,实现异扩散加密算法和改进的二维超混沌系统加密方法能较好地抵抗微分攻击和统计分析,密钥灵敏,能有效抵抗密文攻击,密钥空间大,加密效果好。图[28]表[11]参[65]。

关键词：图像加密混沌置乱扩散洗牌算法二维超混沌

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超混沌系统的研究及其在图像加密中的应用

超混沌系统的研究及其在图像加密中的应用

作者：刘健湖南大学

学位级别：硕士

随着网络与数字多媒体技术的快速发展,多媒体信息特别图像信息的传播变得越来越重要。数字技术可以带给我们很多便利,但也带给攻击者和非法用户机会,因此图像加密方法已经成为一个主要关注的问题。不同于文本文件,图像有其特有的属性,... 详细信息

随着网络与数字多媒体技术的快速发展,多媒体信息特别图像信息的传播变得越来越重要。数字技术可以带给我们很多便利,但也带给攻击者和非法用户机会,因此图像加密方法已经成为一个主要关注的问题。不同于文本文件,图像有其特有的属性,如直观、数据量大和像素间相关性强等特点,因此一些传统的数据加密方法,如DES、AES、IDEA和RSA等不再适用于数字图像加密。由于混沌具有高安全性、低计算复杂度、对初始条件和系统参数极度敏感等良好的性质,因此提供了一种新的数字图像加密方法。因此本文首先根据二维离散非线性方程,通过分析与计算Lyapunov指数,提出了一种二维超混沌系统,并从理论上研究与分析二维超混沌系统的特性,包括绘制吸引子图,分析平衡点与稳定性,求解和绘制Lyapunov指数与分岔图,敏感性分析等,理论分析与实验结果表明,二维超混沌系统既具有超混沌系统的特性,相空间复杂,对初始条件极度敏感,随机性好,密钥空间大和安全性好等优势,它又没有高维超混沌系统的复杂计算量,加密速度慢,生成的密文图像数据量大等缺陷。其次,本文通过分析现有的混沌序列预处理方法的特点,设计出一种结合多分段法,针对二维超混沌输出序列特点的多分段映射的方法,来实现对动力学退化的混沌系统输出序列离散化,并进行随机性测试。实验结果表明,该方法预处理后的序列通过了FIPS140-2测试、相关性测试和功率谱测试,使其输出序列的随机性与复杂性更加良好,能有效的用于图像加密中。最后,针对目前混沌加密数字图像难以抵抗已知／选择明文攻击的主要缺陷,提出了基于二维超混沌系统改进的图像加密算法。不同于传统Fridrich置乱和扩散的架构,采用一种新的改进的加密算法架构使置乱-扩散过程相结合,并利用明文MD5值分组异或调制二维超混沌系统的参数和初始值,增加算法对明文的敏感性,从而使整个加密算法能有效地抵抗已知／选择明文攻击。实验结果表明：该改进算法有着很好的加密效果和安全性,并在明文敏感性分析方面效果更好,能有效抵抗已知／选择明文攻击。

关键词：二维超混沌 Lyapunov指数 MD5 已知/选择明文攻击置乱-扩散

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基于超混沌序列的数据库零水印算法

陕西理工学院学报（自然科学版） 2013年第2期29卷 55-61页

作者：欧阳苗厦门理工学院应用数学学院福建厦门361000

针对现有的数据库数字水印方案筛选数据项方法单一,由此造成水印容量低、鲁棒性差等问题,提出了基于超混沌变换的数据库零水印方案。该方案利用超混沌序列的伪随机性和遍历性等特点,筛选出待构水印的数据项;为最大限度的保护数据库系统... 详细信息

针对现有的数据库数字水印方案筛选数据项方法单一,由此造成水印容量低、鲁棒性差等问题,提出了基于超混沌变换的数据库零水印方案。该方案利用超混沌序列的伪随机性和遍历性等特点,筛选出待构水印的数据项;为最大限度的保护数据库系统,提出了数据库零水印方案及相应的检测方法。试验表明,本文的方案能够很好地抵抗子集增加、子集更改、子集删除等数据库水印攻击方法。

关键词：数据库水印零水印二维超混沌