基于混沌动力系统的序列密码算法

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本文设计了一种基于Lorenz混沌系统的序列密码新算法。由于序列密码算法的安全性依赖于密钥序列的随机性和初始密钥的强度,我们首先从动力系统的运动性态着手,分析了Lorenz混沌系统对初始条件和参数的敏感性以及由其生成的混沌序列的非周期性和类随机性,得出初值和参数的最佳取值范围。然后以此为基础设计了算法。由于Lorenz混沌系统是一个三维的动力系统,我们在算法中采用一次对三个字节进行运算的方法,从而不仅提高了处理速度,还增大了密钥序列的周期和随机性。并且用Logistic混沌系统对算法作了改进,进一步提高了算法的安全性。在算法的设计中,我们对混沌序列密码所面临的实数序列到二进制序列的转化和精度等问题采取了相应的解决方法,从而获得较高的算法执行效率和良好的密钥序列随机性。对文本和BMP图像进行的实验表明了我们的算法具有极佳的实际效果。在64位的精度下,即使初始密钥中的一个变量有10-15的微小差异,密码分析者也根本无法得到原始明文的任何有关信息。本文最后从混沌序列的随机性、线性复杂度和初始密钥的强度三个方面对算法进行了安全性分析,结果表明算法产生的密钥序列的随机性完全通过了频数检验、序列检验、扑克检验、自相关检验和游程检验等5种统计检验方法的检验,而且整体水平要好于Delphi 7.0中的伪随机数发生器、Logistic混沌系统和RC4三种方法产生的二进制序列,线性复杂度达到了数学期望值。同时,初始密钥也具有很高的强度,采用p位精度且不考虑绝对值小于的值时,初始密钥空间的大小K约为,系统的熵H(K)约为(5p+20)/6,完全符合现代密码学意义下的安全性要求。此外,本算法还特别易于软件实现,在通信保密和信息安全领域具有良好的实际应用前景。
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