新複合混沌序列密碼算法在圖像加密上研究

《新複合混沌序列密碼算法在圖像加密上研究》是依託哈爾濱工業大學，由佟曉筠擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新複合混沌序列密碼算法在圖像加密上研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：佟曉筠

項目摘要

混沌加密已經成為了又一個新的研究領域。新複合混沌序列密碼算法在圖像加密上研究正是適應密碼學新技術研究、適應經濟發展與國防安全的時代需求而提出的。為了解決一維數位化混沌序列密碼精度低、周期短及混沌特性退化問題,該研究使用Devaney混沌理論，我們設計兩個新的一維混沌方程並給出嚴格的理論證明。利用兩個一維混沌方程構造一個新的安全性更高的動態的複合混沌方程並給予證明，並且利用這個新的混沌方程設計基於混合系統的混沌偽隨機序列發生器及通過動態切換混沌方程設計對點陣圖像素值進行擴散與置亂的快速新圖像加密方法。對設計的算法進行理論與實驗驗證及與其它加密算法進行詳細對比分析，證明複合混沌加密算法能通過統計分析、序列隨機性分析、熵分析、雪崩效應分析以及密鑰與密文對明文敏感性分析，證明新的複合混沌序列密碼能抵抗各種攻擊，達到加密速度快、安全性高要求，能解決一維數位化混沌密碼精度低不能抵抗選擇明文攻擊問題。

結題摘要

隨著破譯技術的提高，已有的傳統加密方法被攻破和證明存在缺陷。由於計算機精度的限制使得一維混沌周期短，採用一維混沌系統進行加密，攻擊者獲取大量的疊代值後能獲得需要的一切信息。為了解決計算機有限精度下帶來的數位化混沌周期短的缺陷，本項目基於實數域提出了幾個新一維混沌方程，並對新混沌方程基於Devaney定義進行了混沌性、隨機性、相關性等一系列理論複雜性證明。通過Lyapunov指數、近似熵、測度熵、信息熵等數據驗證了新混沌方程複雜度高、安全性好。將設計的新一維混沌方程複合，基於實數中間截取法、取模法和空間映射法，設計了基於複合混沌序列的偽隨機序列發生器。證明了設計的密鑰偽隨機序列通過了 FIPS 140-2和NIST SP 800-22的隨機性測試。設計了基於複合混沌的擴散與置亂加密方法，並將該方法在圖像加密、無線感測器網路加密和網路蠕蟲非線性模型建立上進行了套用研究。本課題創新點在於構造新的幾個一維混沌方程並進行複合混沌設計，並從理論上進行了證明，證明了其混沌性和隨機性。同時複合混沌與線性反饋移位暫存器進行級聯，設計了新偽隨機序列發生器，擴大了數位化混沌的周期。設計了基於2D CAT和3D Baker映射等圖像置亂方法，設計了基於擾動的具有密文對密鑰和明文敏感性的反饋加密方法。基於Feistel結構設計在函式F中加入了基於混合混沌算法，在函式F中加入了S盒技術，使得函式F的非線性行為更加複雜而難以預測。證明了該方法能夠抵抗選擇明文攻擊，通過了統計分析測試、NIST SP 800-22等隨機性測試，而且加密速度快、安全且資源消耗低，具有很高的安全性，適合在圖像加密和無線感測器網路中信息加密套用。通過本課題研究，提出了幾種新的安全、高效的圖像加密及WSN套用加密算法，通過充分理論與實驗驗證，證明新密碼算法能抵抗常用攻擊，加密速度快、安全性高、實用性強。它不但對研究混沌系統分析克服有限精度問題的理論有巨大幫助，同時更是網路與信息安全的客觀要求。因此，本課題研究具有實際套用意義和理論科學研究價值。我們嚴格按照經費預算，合理利用資源。項目組在本基金資助期間標註受本基金資助文章共發表22篇，其中在SCI論文10篇，EI論文10篇，國核心心論文2篇，其它3篇為指導學生碩士畢業設計論文，1篇為主編該方向有關的教材。