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Hash函数作为信息安全的重要组成部分,在数字签名、完整性检测、身份认证等方面都有广泛的应用。随着常用的Hash函数(如MD-5和SHA-1等)的安全漏洞相继被密码学家发现,设计安全性更高的Hash函数成为密码学界的一个研究热点。 混沌系统所具有的伪随机性、遍历性和初值敏感性使其与密码学之间有着天然的联系,利用混沌系统的这些优良特性已经设计出许多优秀的Hash函数。 本文分别利用混沌系统构造了一种基于混沌消息扩展的Hash函数和一种基于扩展整数帐篷映射的Hash函数,并利用VC++6.0和Matlab2010分析了提出的两个新的基于混沌的Hash函数的安全性和效率。本文的主要工作如下: (1)介绍了Hash函数和混沌系统的基本理论。描述了Hash函数的概念、性质和分类、构造原则、SHA-1算法、Hash函数的评价指标;介绍了混沌的定义、运动特征、混沌与密码学的联系;分析了利用混沌系统构造Hash函数的优势和存在的问题;总结了基于混沌系统构造Hash函数的基本原则。 (2)构造了一种基于混沌消息扩展的Hash函数,方案中将消息权重矩阵融入时空混沌系统,加强了每个消息块中各字符之间及各消息块之间的联系,构建了统计特性良好的扩展消息,采用4轮64步迭代得到160比特的消息。和SHA-1算法相比在不明显影响运算效率的前提下安全性得到了提高。 (3)构造了一种基于扩展整数帐篷映射的Hash函数,方案中采用改进的HAIFA迭代结构,利用随机盐和计数器产生动态的迭代参数,在压缩函数中增加扩展整数帐篷映射这一非线性函数加速对消息的混乱和扩散,增强了算法的抗差分攻击能力,在使用已有的四个逻辑函数前通过计算汉明重量进行选择,加大了攻击的难度,通过4轮64步迭代得到160比特的消息,理论分析和仿真实验表明新算法和SHA-1算法相比具有较快的效率和较高的安全性。