利用保密增強(qiáng)技術(shù)提高基于混沌同步密鑰分發(fā)的安全性.pdf

1、保密通信已成為網(wǎng)絡(luò)通信的重要研究?jī)?nèi)容。保密通信系統(tǒng)的安全性取決于通信雙方所用的密鑰以及密鑰分發(fā)過程中保證密鑰安全而不被竊聽方竊聽的能力。傳統(tǒng)基于算法的密鑰分發(fā)方案的安全性建立在較長(zhǎng)的密鑰以及復(fù)雜的算法上，其安全性屬于計(jì)算安全。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這種基于算法的密鑰分發(fā)無法滿足信息論意義上的安全，因此基于物理原理的密鑰分發(fā)方案被廣泛地研究和討論。量子密鑰分發(fā)方案被視為無條件安全的密鑰分發(fā)方案。然而，該方案尚存在一些技術(shù)難點(diǎn)，例如高效單光

2、子源制備困難等。近年來，隨著利用混沌激光產(chǎn)生高速物理隨機(jī)數(shù)成為現(xiàn)實(shí)，基于混沌同步特性的密鑰分發(fā)方案開始受到關(guān)注。
　　基于混沌同步的密鑰分發(fā)思想是利用通信雙方激光器產(chǎn)生的零延時(shí)同步，使雙方輸出的類噪聲混沌信號(hào)具有高相關(guān)性。通信雙方從零延時(shí)同步的混沌信號(hào)中提取出相同裸鑰。然而，在嚴(yán)苛的條件下，即假設(shè)竊聽者擁有與通信雙方相同的激光器的條件下，竊聽者可能利用單向耦合的方式與合法通信方實(shí)現(xiàn)同步，進(jìn)而竊取部分密鑰信息。因此，基于混沌同步的密

3、鑰分發(fā)方案的安全性亟待提高。
　　本文利用基于物理隨機(jī)碼的保密增強(qiáng)方案來提高基于混沌激光同步密鑰分發(fā)的安全性。該方案無需增加系統(tǒng)復(fù)雜性，只需采用 universal哈希函數(shù)對(duì)裸鑰進(jìn)行保密增強(qiáng)處理，便可有效解決竊聽者通過單向耦合方式與合法通信方時(shí)序信號(hào)同步的竊聽問題，從而提高混沌密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全性。主要工作如下：
　　1.介紹了保密通信，以及安全的密鑰分發(fā)在保密通信中的重要作用?？偨Y(jié)了基于算法的密鑰分發(fā)和量子密鑰分發(fā)的研究現(xiàn)

4、狀。綜述并總結(jié)了基于混沌同步特性的密鑰分發(fā)方案，并分析了現(xiàn)有方案的安全性。
　　2.建立了基于互耦合光反饋混沌激光同步密鑰分發(fā)方案模型，分析了通信雙方半導(dǎo)體激光器的頻率失諧、反饋強(qiáng)度、耦合強(qiáng)度對(duì)雙方同步的影響。數(shù)值模擬了通信雙方的零延時(shí)同步，并從雙方零延時(shí)同步的混沌時(shí)序信號(hào)中提取出相同的裸鑰。對(duì)合法通信方和竊聽者的單向耦合同步進(jìn)行了模擬分析，進(jìn)而分析了裸鑰的安全性，并提出了對(duì)裸鑰進(jìn)行保密增強(qiáng)的必要性。
　　3.對(duì)保密增強(qiáng)問題

5、進(jìn)行了描述并介紹了用于本文保密增強(qiáng)過程的哈希函數(shù)。進(jìn)而提出基于物理隨機(jī)碼的保密增強(qiáng)方案。具體而言，利用隨機(jī)碼構(gòu)建 universal哈希函數(shù)并對(duì)不安全的裸鑰進(jìn)行了保密增強(qiáng)程序處理，產(chǎn)生了安全密鑰。數(shù)值結(jié)果表明，經(jīng)保密增強(qiáng)處理后，合法通信方密鑰與竊聽者的密鑰間的互相關(guān)系數(shù)下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)；信息泄露量最高僅為10-5 bit量級(jí)；竊聽者對(duì)安全密鑰比特的平均正確竊聽概率接近于零信息泄露量概率值0.5。密鑰安全性得到保證。最后，采用基于FFT變