亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)的序列加密算法

        2019-04-17 06:08:54
        關(guān)鍵詞:明文二進(jìn)制加密算法

        許 佳 佳

        (四川外國語大學(xué)成都學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理系,成都 611844)

        0 引 言

        信息安全不僅關(guān)乎國家利益還關(guān)乎老百姓的切身利益,研究信息安全問題有著重大的學(xué)術(shù)與實(shí)際意義[1-7]。如何把信息進(jìn)行偽裝與隱藏已經(jīng)成為人們關(guān)心的話題,也是信息安全部門研究的新方向,更是密碼學(xué)學(xué)者研究的重點(diǎn)。

        最近幾年在序列密碼加密方面,文獻(xiàn)[8]提出了以混沌理論作為基礎(chǔ)的應(yīng)用字符串的加密算法,該加密算法的運(yùn)算量小,靈活性強(qiáng);王林林在文獻(xiàn)[9]中提出了一種加密算法,這種算法能夠在確保迅速加密的基礎(chǔ)上,使得混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌序列結(jié)果具有較強(qiáng)的隨機(jī)性,加密系統(tǒng)在防攻擊性、安全性等方面都優(yōu)于那些基于聯(lián)合混沌和基于三維混沌密碼的加密系統(tǒng);柳揚(yáng)等[10]研究了基于可變參數(shù)的混沌動(dòng)力系統(tǒng)的序列密碼,研究了動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)平移變換之后新的動(dòng)力系統(tǒng)與原動(dòng)力系統(tǒng)具有相同的不變測度與均值,并且在新的動(dòng)力系統(tǒng)基礎(chǔ)上采用序列密碼設(shè)計(jì)了加密與解密的算法。2014年李占梅[11]首次引入不變的污染系數(shù),構(gòu)造了基于一維Logistic映射和分段線性映射的污染混沌動(dòng)力系統(tǒng),并提出相應(yīng)的加密算法。

        本文基于對(duì)文獻(xiàn)[11]的研究,引入了一個(gè)不斷變化的污染系數(shù),構(gòu)造了污染系統(tǒng),進(jìn)而介紹序列加密算法。第1節(jié)介紹了污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)的定義與例子,第2節(jié)基于污染混沌動(dòng)力系統(tǒng),介紹了本文的加密解密算法;第3節(jié)針對(duì)本文的加密算法進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真;第4節(jié)對(duì)本文的加密算法進(jìn)行安全性分析及相關(guān)檢驗(yàn),第5節(jié)是本文的結(jié)論。

        1 污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)的加密算法

        1.1 污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)的定義與例子

        定義1 設(shè)f1和f2是兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng),稱f=αf1+(1-α)f2為污染動(dòng)力系統(tǒng)。其中,0<α<1稱為污染系數(shù)[11]。選取拋物線映射[12]:

        f1(n+1)=X(n+1)=μxn(1-xn),μ∈(0,4),xn∈[0,1]

        (1)

        當(dāng)μ∈(3.6,4)時(shí),映射出現(xiàn)分岔,是混沌映射。x隨μ的變化如圖1所示。

        分段非線性映射[13]:

        f2(n+1)=x(n+1)=

        (2)

        其中,x∈[0,1],p∈(0,0.5)。在p=0.25時(shí),分段非線性映射的圖像如圖2所示。

        圖2 分段非線性映射圖

        由拋物線映射式(1)與分段非線性映射式(2)形成的污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)為

        f(n)=αf1(n)+(1-α)f2(n)

        (3)

        當(dāng)α=0.099,μ=0.2,p=0.25時(shí),并且α=0.008 9,μ=3.8,p=0.15時(shí)的污染動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)式(3)的圖像分別如圖3和圖4所示。

        圖3 α=0.099,μ=0.2,p=0.25污染系統(tǒng)

        圖4 p=0.15,α=0.008 9,μ=3.8污染系統(tǒng)

        由圖3和圖4可知,當(dāng)p,α,μ取不同值時(shí),污染系統(tǒng)的輸出值相差很大。

        證明在各參數(shù)取值范圍內(nèi)取

        另一方面當(dāng)0.5≤x<1時(shí)

        又因?yàn)?/p>

        求導(dǎo)可知,q1(x)在定義域內(nèi)單調(diào)遞增,且

        當(dāng)0.5≤x<1-p時(shí),

        綜上可知:

        |f′|>1

        本文在各參數(shù)取值范圍內(nèi)選取

        初值選取

        x(1)=0.195,α(1)=0.001,p(1)=0.22,

        μ(1)=3.66,n=1 500

        則該污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)輸出值x(n)的值如圖5所示,顯然輸出結(jié)果在[0,1]上服從均勻分布。

        圖5 污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)輸出值的分布

        1.2 加密解密算法

        加密思想:在傳輸密文過程中,如果明文信息有變化密文也會(huì)變化,密鑰的微小變化也會(huì)引起密文的改變,本文的加密算法考慮了以上兩個(gè)影響因素。首先把原始明文信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的二進(jìn)制序列,由初值出發(fā)通過污染系統(tǒng)的迭代得到混沌結(jié)果序列,把混沌序列處理后得到密鑰序列,最后把明文序列與密鑰序列進(jìn)行特殊運(yùn)算以得到效果更好的密文。加密過程如圖6所示:

        圖6 加密過程框圖

        具體加密算法如下:

        步驟1將明文字符串轉(zhuǎn)化為ASCII碼,再將ASCII碼值由十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十六位二進(jìn)制,得到二進(jìn)制的明文序列D={d1d2d3…dL},L∈N+;其中di只取0或1。

        步驟3由Tj(x(i))=[10jx(i)]mod 2計(jì)算得到密鑰序列{ki}。

        步驟4加密。第一輪加密后得到第一輪密文si,明文與密鑰序列的相鄰bit影響第一輪密文,第二輪加密則是把第一輪密文與密鑰逆序列異或,得到最終密文mi序列,這樣保證了密文的不可攻擊性,進(jìn)一步加強(qiáng)了密鑰對(duì)密文的影響。

        第一輪加密:

        第二輪加密:

        最后得到密文序列M={m1,m2,m3,…,mL}。

        解密圖如圖7所示,解密時(shí),第一輪解密得到第一輪密文si,第二輪解密時(shí)與密鑰ki,ki-1異或得到兩個(gè)相鄰明文di,di-1的異或值yi,再用d1與yi+1層層異或逐步得到d2,d3,…。

        圖7 解密過程框圖

        具體解密過程:

        步驟1取定系統(tǒng)值。

        給定污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)中的初始值,則迭代系統(tǒng)中其他參數(shù)值為

        并代入污染混沌系統(tǒng)中進(jìn)行迭代,得到混沌序列{x(i)},i=1,2,3,…,L。

        步驟2得到密鑰。

        由Tj(x(i))=[10jx(i)]mod 2計(jì)算得到密鑰序列ki=Tj(x(i)),i=1,2,3,…,L。

        步驟3解密。

        第一輪解密:

        第二輪解密:

        步驟4得到明文序列。

        D={d1d2…dL}

        步驟5轉(zhuǎn)化為明文。

        將明文二進(jìn)制序列的ASCII碼值轉(zhuǎn)換為明文。

        1.3 算法仿真

        為了更清楚地說明加密算法的加密過程,對(duì)加密算法進(jìn)行性能分析,下面給出一個(gè)例子,對(duì)一段文字用Matlab進(jìn)行加密。

        明文:個(gè)人信息的安全性

        首先將明文文字轉(zhuǎn)化成ASCII碼值,然后轉(zhuǎn)化為十六位二進(jìn)制序列,得到明文序列:010011100010101001001110101110100100111111100001011000000 110111101110110100001000101101110001001010100 01011010000110000000100111。

        (1)在原初值條件下的密文為“〗?z宻J? ガ”。

        (2)當(dāng)x(1)=0.195 000 1密文為“?┉Ut'.犧y鵎?”。

        (3)將j=7改為j=9密文為“B鲇Y(進(jìn);賗株?S”。

        (4)將α(1)=0.01改為α(1)=0.000 1,密文為“8V?緧ェ蕾l笒”。

        (5)將p(1)=0.22改為p(1)=0.220 001,密文為“踻<_x0019_憖飪??f袲e”。

        (6)將μ(1)=3.66改為μ(1)=3.660 001密文為“? /!_x0016_??O琲贊E”。

        (7)當(dāng)x(1)=0.195 000 01,j=8時(shí),其他值不變“F3-?"瑣,Y庣婄”。

        以上(1)~(7)的結(jié)果用0,1二進(jìn)制序列表示后,如圖8所示。分析圖形結(jié)果,初始值的極微小的變化會(huì)使得密文產(chǎn)生巨大變化。

        圖8 不同條件下明文與密文二進(jìn)制序列圖

        當(dāng)輸入正確的解密密鑰時(shí),可以得到正確的原始明文信息。如把步驟(1)中x(1)=0.195中輸入污染混沌動(dòng)力系統(tǒng),得到的密鑰流與密文流進(jìn)行多次異或就得到正確的明文信息,而把密鑰當(dāng)作x(1)=0.195+10-16時(shí),得到的明文為“>楑桳D?設(shè)8P謾”。由此可見,輸入錯(cuò)誤密鑰不能得到正確的明文信息。

        2 安全性分析及相關(guān)檢驗(yàn)

        2.1 均勻分布特性

        判斷污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)加密效果的好壞,要看加密后密文流二進(jìn)制序列中0與1的個(gè)數(shù)是否接近,越接近加密效果越好。污染系統(tǒng)式(3)中,在指定范圍內(nèi)取定參數(shù)值,代入后得到混沌序列,再經(jīng)過計(jì)算得到密鑰流。當(dāng)n取值越來越大時(shí),密鑰流中0與1的個(gè)數(shù)幾乎相等,這說明密文流是均勻分布的,該污染系統(tǒng)有良好的隨機(jī)性質(zhì),可以有效抵抗統(tǒng)計(jì)分析。

        圖9 0在密文序列中所占的比例

        由圖9可知,當(dāng)n增大時(shí),0在密文流中所占的比例逐漸接近0.5,說明密文流中0與1的個(gè)數(shù)幾乎相等,可見密文是均勻分布的,可以有效抵抗統(tǒng)計(jì)分析。

        2.2 相關(guān)性分析

        在參數(shù)取值范圍內(nèi)選取密鑰值,通過污染系統(tǒng)運(yùn)算后產(chǎn)生密鑰值,對(duì)明文進(jìn)行加密,通過明文與密文的相關(guān)度檢驗(yàn)加密效果。

        定義明文與密文的相關(guān)度[12]:

        設(shè){d1d2d3…dn}為明文信息的二進(jìn)制序列,{m1m2m3…mn}為密文流的二進(jìn)制序列,α,μ,p均為式(3)中的參數(shù)。

        R(x(1),α(1),p(1),μ,j,n)=

        例1 明文為混沌密碼學(xué)原理及其應(yīng)用,污染系統(tǒng)中各參數(shù)值為初值:x(1)=0.195,a(1)=0.000 1,p(1)=0.22,μ(1)=3.66,以上明文的二進(jìn)制序列長度為176,則n最大取到176,迭代系統(tǒng)中其他參數(shù)滿足:

        明文二進(jìn)制、密文二進(jìn)制以及明文與密文的相關(guān)度值隨n的變化情況如圖10所示,由圖10可知,隨著n的不斷增大,明文與密文的相關(guān)度值逐漸趨近0。

        圖10 明文與密文及其相關(guān)度值

        通過以上例子,可以得到結(jié)果:明文與經(jīng)過該污染系統(tǒng)加密后的密文相關(guān)度很低,并且隨著n值的不斷增大,相關(guān)度值逐漸趨近于0,說明加密后的明文與原始明文幾乎不相關(guān)。

        2.3 靈敏度檢驗(yàn)

        靈敏度[13]的定義:

        設(shè){d1d2d3…dn}為明文信息的二進(jìn)制序列,{m1m2m3…mn}為密文流的二進(jìn)制序列。

        靈敏度δ(di,mi,x(1),α(1),μ(1),p(1),j,n)=

        用密鑰{x1,α(1),μ(1),p(1),j}={0.195,0.001,3.66,0.22,7}

        對(duì)長度為10 000的0序列加密,得到的明文與密文靈敏度如圖11所示。

        圖11 密文與明文的靈敏度

        當(dāng)取不同密鑰時(shí),分別選取x(1)={0.195,0.195 02,0.195 04,0.195 06,0.195 08}對(duì)10 000個(gè)0序列加密后,明文與密文的靈敏度如圖12所示。

        圖12 不同初值下密文與明文的靈敏度分析圖

        取p(1)={0.22,0.220 002,0.220 004,0.220 006,0.220 008},對(duì)10 000個(gè)0序列加密后,明文與密文的靈敏度如圖13所示。

        圖13 不同p值下密文與明文靈敏度

        當(dāng)j={5,6,7,8,9}時(shí),密文與明文的敏感度如圖14所示。密文與明文之間隨著信息量以及各個(gè)密鑰的變化靈敏度在變化,幾乎趨近于0.5。說明加密時(shí)明文信息會(huì)以0.5的概率改變。

        圖14 不同j值密文與明文的敏感度

        2.4 平衡度檢驗(yàn)

        設(shè){m1m2m3…mn}為加密后的密文二進(jìn)制序列,定義平衡度:

        n1,n0分別是序列中1,0的個(gè)數(shù)。平衡度越小,0與1的個(gè)數(shù)越接近,獲得的密文隨機(jī)性越好。

        取密鑰x(1)=0.195,a(1)=0.001,p(1)=0.22,μ(1)=3.66。長度為10 000的0序列加密,得到密文的平衡度分析圖如圖15所示。

        圖15 密文的平衡度分析圖

        由圖15可知,明文全是0時(shí),密文的平衡度接近于0,說明密文中0,1個(gè)數(shù)大體相等,對(duì)于更一般的明文,密文更有隨機(jī)性。

        2.5 密文序列的自相關(guān)性檢驗(yàn)

        定義二值序列的自相關(guān)系數(shù)為

        其中,m為步長,n為比較的密文長度bit數(shù),自相關(guān)系數(shù)的值與步長m及n有關(guān),當(dāng)m一定時(shí),自相關(guān)系數(shù)與n有關(guān),當(dāng)n變化時(shí),如果自相關(guān)系數(shù)變化很小,說明密文序列隨機(jī)性越好。當(dāng)m=1,m=2,m=3時(shí),做比較的密文長度為10 000時(shí),用密鑰x(1)=0.195,α(1)=0.001,p(1)=0.22,μ(1)=3.66得到的密文自相關(guān)系數(shù)與n的圖像如圖16所示。可以看出,當(dāng)步長分別取1,2,3時(shí),密文序列的自相關(guān)系數(shù)變化很小,說明密文的隨機(jī)性很好。

        圖16 密文的自相關(guān)系數(shù)圖

        2.6 密鑰空間分析

        對(duì)于選取的密鑰為x(1),α(1),p(1),μ(1)及離散化算子j,若計(jì)算機(jī)精度為10-5估算本算法的密鑰空間,結(jié)果密鑰空間為5×1025,實(shí)際上計(jì)算機(jī)的精度遠(yuǎn)大于10-5,則密鑰空間遠(yuǎn)大于5×1025,由此可知該污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)有足夠大的密鑰空間可以抵抗窮舉攻擊。

        3 結(jié) 論

        文章介紹的密碼算法是基于污染混沌動(dòng)力系統(tǒng)的加密算法,使得簡單的映射能產(chǎn)生足夠安全的密文,真正做到了明文任一比特的改變都能引起密文的巨大改變。本文介紹了由拋物線映射和分段非線性映射構(gòu)造的污染混沌映射,用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)例來驗(yàn)證加密的結(jié)果,并且進(jìn)行了多項(xiàng)加密性能分析,如密文是否均勻分布、平衡度以及密文的自相關(guān)性等,分析后表明該加密算法加密效果良好,密文及算法都可以有效抵抗攻擊。

        猜你喜歡
        明文二進(jìn)制加密算法
        用二進(jìn)制解一道高中數(shù)學(xué)聯(lián)賽數(shù)論題
        有趣的進(jìn)度
        二進(jìn)制在競賽題中的應(yīng)用
        奇怪的處罰
        奇怪的處罰
        基于小波變換和混沌映射的圖像加密算法
        四部委明文反對(duì)垃圾焚燒低價(jià)競爭
        Hill加密算法的改進(jìn)
        對(duì)稱加密算法RC5的架構(gòu)設(shè)計(jì)與電路實(shí)現(xiàn)
        日本女优中文字幕有码| 久久aⅴ人妻少妇嫩草影院| 丰满人妻av无码一区二区三区 | 亚洲熟妇无码av不卡在线播放| 99在线国产视频| 精品在线亚洲一区二区三区| av中国av一区二区三区av| 极品少妇hdxx麻豆hdxx| a级毛片免费观看网站| 无码之国产精品网址蜜芽| 欧美最猛黑人xxxx黑人表情| 亚洲午夜成人片| 日本五十路熟女在线视频| 一本大道久久a久久综合精品| 日本亚洲系列中文字幕| 日韩精品在线一二三四区| 成人免费无码大片a毛片抽搐色欲| 天堂国精产品2023年| 久久国产亚洲高清观看5388| 日本高清中文一区二区三区| 人妻少妇被粗大爽视频| 极品尤物一区二区三区| 日本爽快片18禁免费看| 欧美日韩国产成人综合在线影院| 日韩国产自拍成人在线| 日本五十路人妻在线一区二区| 色欲综合一区二区三区| 欧美老熟妇欲乱高清视频| 精品久久久久久国产| 蜜桃视频色版在线观看| 亚洲乱码中文字幕一线区| 国产综合色在线精品| 亚洲欧美另类激情综合区| 久久精品国产72国产精福利 | 麻豆视频av在线观看| 日韩人妻熟女中文字幕a美景之屋| 97se狠狠狠狠狼鲁亚洲综合色| 人人添人人澡人人澡人人人人| 国产在线看不卡一区二区| 国产另类人妖在线观看| 国产av无码专区亚洲版综合|