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多变量密码系统的设计和分析，在理论研究及实际应用中都有非常重要的意义。本文对现有的多变量密码系统设计和分析作了大量的调查和研究，在此基础上给出了HM(Hidden Matrix)和TTM(Tame Transformation Method)两种密码系统的扰动变形设计，并且分析了它们抵挡已有攻击的安全性，提出了相应的实例。我们还用多变量密码学中发展起来的代数攻击的方法分析了“滤波-组合”模型的流密码系统。对正形置换的复合性质进行了初步探讨，得到线性正形置换的复合仍然是线性正形置换的结果。
本文的主要结果如下：
1)首先我们介绍了两种矩阵类型的密码系统，并且对这两种系统构造了不同的扰动变形。分析了这两种扰动系统抵挡已有攻击下的安全性，已有的攻击包括线性化函数方程攻击和二次方程攻击。通过计算机模拟实验结果表明，第一种扰动后的HM密码系统不存在线性化函数方程；第二种扰动后的HM密码系统既不存在线性化函数方程，也不存在增加的二次方程。相应地给出了第二种扰动HM密码系统的一个实例。
2)介绍了TTM密码系统及其主要攻击方法，针对这种系统给出了构造一般扰动变形的方法。分析了该扰动变形在抵挡已有攻击下的安全性，已有的攻击包括极小秩攻击和线性化函数方程攻击。给出了该扰动变形不存在线性化函数方程的必要条件。然后用计算机模拟试验表明，该变型不存在线性化函数方程。在此基础上，我们给出了一个实例。
3)用代数攻击的方法分析了“滤波-组合”模型的流密码系统；并且用函数复合的方法改进了该流密码模型。通过分析表明，改进后密钥流生成器的抗代数攻击能力和抗B-M算法攻击能力都得到了提高。
4)用函数复合的方法，研究了正形置换的复合性质；得到线性正形置换的复合仍然是线性正形置换的结果。