《基於混沌動力學的散列函式和偽隨機數發生器的研究》是依託北京郵電大學，由王世紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於混沌動力學的散列函式和偽隨機數發生器的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王世紅
- 依託單位：北京郵電大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著網路技術和通信技術的不斷發展，信息安全問題日益突出，研究具有自主智慧財產權、新型和高性能的密碼技術是信息安全領域亟待解決的重要問題之一。由於混沌信號的偽隨機性、非周期性和初始值的敏感性等特徵，將混沌理論引入信息安全領域是國際上非線性科學和信息科學交叉融合的前沿課題之一。本項目以耦合映射格子為模型，利用時空混沌的複雜性，並結合現代密碼學比特操作，研究安全的散列函式和偽隨機數發生器設計和分析方法。利用比特代數操作增加通過解析運算尋找碰撞的難度，又利用解析非線性運算增加比特的混淆和擴散速率，以達到提高散列函式系統抗碰撞安全性的目的。現有的散列函式大多以多輪次的計算來加強其安全性，但在各輪次之間表面複雜的疊代中常常掩蓋著一些可計算碰撞的關聯弱點。本項目設計的散列函式方法的安全性不是依賴多輪次的複雜性，而是依靠單輪次的高強度複雜性來實現的。
結題摘要
隨著網路技術和通信技術的不斷發展，信息安全問題日益突出。由於混沌信號的偽隨機性、非周期性和初始值的敏感性等特徵，將混沌理論引入信息安全領域是國際上非線性科學和信息科學交叉融合的前沿課題之一。2012年10月2日，經過5年的研究和評比，NIST 宣布Keccak成為SHA-3(Secure Hash Algorithm-3)的散列函式算法。因此，研究具有自主智慧財產權、新型和高性能的密碼技術是信息安全領域亟待解決的、也是需要長期關注的重要問題之一。本項目圍繞混沌散列函式和偽隨機數發生器的設計和分析這些重要問題，開展了研究，完成了預定目標。在三年里，共完成SCI論文7篇，申請專利三項。這些研究成果有助於提高混沌密碼的安全性和促進混沌密碼的實際套用. 我們從混沌動力學和算法的結構出發，對新近提出的有代表性的三個混沌散列函式進行了研究，研究結果表明這些算法都存在安全上的漏洞。我們的分析方法對一系列的混沌散列函式的設計都很有效，降低了尋找碰撞的難度。提出了一個全新的、基於改進的耦合映射格點系統的、帶密鑰的散列函式算法，該算法具有強的安全性和軟體實現處理速度快的特性。現有的散列函式大多以多輪次的計算來加強其安全性，但在各輪次之間表面複雜的疊代中常常掩蓋著一些可計算碰撞的關聯弱點。我們以耦合映射格子為模型，採用浮點運算和傳統的比特操作相結合的方法，提出了一種具有單輪次抗碰撞性的散列函式設計方法。 隨機數在蒙特卡羅計算、通信、密碼系統中有著廣泛的套用。基於本項目我們分析了一個基於時空混沌系統的偽隨機比特發生器的安全性，並提出了改進算法，改進後的算法安全性得到了加強；基於一維耦合混沌映射系統，結合有限的、方便的比特操作，提出了一個偽隨機比特發生器方案，輸出的序列具有良好的統計特性，而且該方案適用於硬體平台，同時可用於並行輸出；基於混沌電路系統設計產生了一個多路隨機信號發生器。
