混沌序列生成技術(shù)及其若干應(yīng)用研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的普及，人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中信息的安全問題日益關(guān)注，如何保證信息的保密性、完整性和可用性成為信息技術(shù)普及和發(fā)展面臨的一個(gè)基本問題，使得信息安全成為當(dāng)前信息技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。而在信息安全研究的各領(lǐng)域中，對(duì)密碼理論和技術(shù)的研究處于核心的地位。
　　 混沌是非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)所特有的一種運(yùn)動(dòng)形式，是一種貌似無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，是在確定非線性系統(tǒng)中，不需要附加任何隨機(jī)因素就可以實(shí)現(xiàn)的類隨機(jī)行為。一般的混沌系統(tǒng)都具有以下基

2、本特性：確定性、初值敏感性、遍歷性、混合性、快速衰減的自相關(guān)性、長(zhǎng)期不可預(yù)測(cè)性和偽隨機(jī)性。而混沌系統(tǒng)所具有的初值敏感性、遍歷性、偽隨機(jī)性等特性與密碼學(xué)中的基本要求相似，密碼學(xué)的兩個(gè)基本原則：混亂(Confusion)和擴(kuò)散(Diffusion)，在混沌系統(tǒng)中都可以找到相應(yīng)的基本特性與之對(duì)應(yīng)。混沌和密碼學(xué)之間所具有的天然聯(lián)系和結(jié)構(gòu)上的某種相似性，為混沌理論在密碼學(xué)中的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。
　　 本論文主要研究基于混沌系統(tǒng)的混沌序

3、列生成方法和混沌序列的評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)研究了生成的混沌序列在Hash函數(shù)構(gòu)造、圖像分割技術(shù)和數(shù)字圖像保護(hù)技術(shù)中的應(yīng)用。具體包括以下工作：
　　 1.分析了基于混沌系統(tǒng)的密碼技術(shù)的研究現(xiàn)狀，包括混沌的定義、混沌運(yùn)動(dòng)的特征、幾種常見的混沌系統(tǒng)和研究混沌密碼技術(shù)的相關(guān)準(zhǔn)則。
　　 2.研究了基于混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，提出了一種混沌系統(tǒng)初值敏感性的評(píng)價(jià)指標(biāo)--分叉迭代次數(shù)，并將其應(yīng)用于混沌系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，

4、通過實(shí)驗(yàn)仿真，分析了該評(píng)價(jià)指標(biāo)的有效性。
　　 3.在對(duì)LFSR進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合混沌系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種LFSR和混沌系統(tǒng)相結(jié)合的序列生成方法。鑒于LFSR和混沌系統(tǒng)相結(jié)合具有較大的密鑰空間，采用LFSR產(chǎn)生選擇函數(shù)來確定混沌系統(tǒng)的方式增加了密碼分析攻擊的難度，通過將LFSR的反饋值和生成的二進(jìn)制序列反饋值進(jìn)行異或運(yùn)算的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)LFSR的隨機(jī)擾動(dòng)，使得生成序列具有良好的安全性和隨機(jī)性。本方案不僅實(shí)現(xiàn)了二值偽隨機(jī)序列的生成，

5、而且實(shí)現(xiàn)了實(shí)值偽隨機(jī)序列的生成。這兩種偽隨機(jī)序列產(chǎn)生過程通過對(duì)多個(gè)簡(jiǎn)單的混沌系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的循環(huán)迭代計(jì)算來達(dá)到，降低了計(jì)算過程的復(fù)雜性，也便于硬件實(shí)現(xiàn)。
　　 4.在對(duì)Logistic和Tent混沌系統(tǒng)的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，給出了一種分段Logistic映射構(gòu)造方法，對(duì)其性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果表明，定義的分段Logistic混沌映射生成的偽隨機(jī)序列不僅具有良好的隨機(jī)性、初值敏感性等性能，而且應(yīng)用分段Logistic映射生成

6、混沌序列的過程中，不需要增加相應(yīng)的擾動(dòng)過程，從而能夠有效提高算法的效率。根據(jù)分段Logistic映射具有分岔速度快的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于Hash函數(shù)的構(gòu)造方法中，設(shè)計(jì)了基于分段非線性混沌系統(tǒng)的Hash函數(shù)構(gòu)造方法。
　　 5.對(duì)Bernstein基函數(shù)的性質(zhì)和Arnold混沌系統(tǒng)生成序列的分布情況進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于Bernstein基函數(shù)和混沌序列的偽隨機(jī)序列生成方法，對(duì)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，

7、結(jié)果表明，基于Bernstein基函數(shù)和插值運(yùn)算得到的序列不僅具有隨機(jī)分布的特點(diǎn)，而且其分布規(guī)律更適于基于混沌優(yōu)化的圖像分割算法。根據(jù)生成序列的分布特點(diǎn)，將其應(yīng)用于基于混沌優(yōu)化的圖像分割算法中，取得了較好的分割效果。
　　 6.研究了基于混沌系統(tǒng)的數(shù)字圖像保護(hù)技術(shù)，包括基于混沌的自適應(yīng)數(shù)字圖像加密算法、能較好抵御剪切變換攻擊的數(shù)字圖像加密算法和基于圖像融合技術(shù)的數(shù)字圖像加密算法；基于混沌迭代結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像隱藏算法和基于圖像融合實(shí)