【摘 要】
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在如今的信息时代中,计算机已成为人们必不可少的工具,但随之产生而来的信息安全问题已成为一个重要的挑战性课题。混沌对参数和初始值的极度敏感性使其具有不可预测性,这使得它
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在如今的信息时代中,计算机已成为人们必不可少的工具,但随之产生而来的信息安全问题已成为一个重要的挑战性课题。混沌对参数和初始值的极度敏感性使其具有不可预测性,这使得它具有传统密码的优良特性,混沌密码学已成为一种极具潜力的新型密码设计方法。忆阻器是一个具有记忆特性的非线性电阻,除在非遗失性存储器、人工神经网络等领域有着重要的应用前景外,它还能构成性能优良的非线性振荡电路。基于以上背景,本文研究复杂混沌系统的设计方法,构造了忆阻器混沌振荡电路和含有自然指数项的混沌系统,并利用它们产生的良好伪随机序列,设计了一个可以对计算机以及与计算机相连接的移动硬盘、U盘等存储设备中的文件进行加密的密码系统。本文主要的研究内容如下。(1)基于惠普实验室的TiO2忆阻器建立了磁控记忆电导的数学模型,尝试利用两个TiO2忆阻器设计实现了一种忆阻器混沌振荡电路,对其进行了动力学分析,包括平衡点及其稳定性、耗散性、李氏指数和分岔图,对其进行了MATLAB仿真和DSP数字化实现。为了产生复杂的混沌序列,还设计了一个含有双指数项的混沌系统,对其进行了分析、仿真和数字化实现,与单指数混沌系统相比它较具有更复杂的动力学特性。(2)研究了连续混沌系统的离散量化方法,建立了连续混沌系统的离散数学模型,分别利用门限阈值法和位抽取法对构造的构造的TiO2忆阻器混沌系统和双指数混沌系统进行量化,获得了混沌数字伪随机序列。基于NIST(National Institute of Standards and Technology,美国国家标准与技术)标准,采用NIST测试包对获得的混沌数字序列进行了随机性能测试,测试结果符合NIST标准。(3)设计实现一个基于JAVA语言和MySQL数据库的PC机文件加密系统。在设计中,对原始的DES、AES算法进行改进,即将混沌序列和原始的加密算法结合起来,把构造的混沌系统作为密钥序列发生器,以混沌序列作为基密钥,采用混沌-DES、混沌-AES混合算法。该系统采用JAVA语言编程和MySQL数据库对用户的信息进行存储,实现了对计算机以及与计算机相连接的移动硬盘、U盘等存储设备中的文件进行加密,对加密系统进行测试,性能良好。并且对系统做了安全性分析,密钥空间很大,足以对抗计算机的穷举攻击,因此该系统可应用于国防、军工、商业以及个人的文件信息保密领域。
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