全光加密 A?B 逻辑门的实验研究

针对光传输系统单波长信号全光加密的应用需求,基于流密码体制开展了光传输系统物理层全光加密技术的理论分析,设计了基于 SOA-XGM(半导体光放大器-交叉增益调制)的全光 A?B 逻辑门的实验方案,并在实验室搭建了实验系统。实现了速率为10 Gbit/s 的 A?B 逻辑处理,分析了探测光信号功率、泵浦光信号功率和 SOA 注入电流等主要参数对逻辑门输出信号质量的影响,实现了明文光信号的全光加密。     

基于位运算的动态多混沌图像加密算法

针对现有的图像加密算法存在运算成本大,算法复杂等问题,提出了一种基于位运算的动态多混沌图像加密算法。该算法运用Logistic和Chebyshev两种不同的混沌映射,对原始图像像素进行位置置乱和灰度值替换。在灰度值替换过程中,加入了位运算和动态选择行向量环节,使加密算法在安全性上更加可靠。实验表明:文中提出的图像加密算法,既可以很好地提高加解密的速度,又可以保证成功抵御统计分析等各种攻击操作,具有很强的鲁棒性和抗枚举攻击的能力。对一幅标准的256×256的Lena图像来说,加密时间约为5s,解密时间约为5.2s,能够满足现实需求。     

分布式环境下多关键词并行密文检索方案

对于可搜索加密需要均衡数据的安全性和检索效率。针对SSE-1密文检索方案中检索性能低、单关键词检索模式不足和传统单服务器架构中的单机资源局限性等问题，设计并实现了一种多关键词并行密文检索系统。该系统采用不同的索引加密方式提高密文检索性能；通过对密文倒排索引的切分实现倒排索引的分块检索，克服了单机资源的局限性并提高了检索效率；通过结合分布式特点扩展了传统单机检索架构并实现了多关键词的并行检索。实验结果表明，与SSE-1方案相比，在保证密文数据安全性的前提下所提方案能够提高检索、更新等操作的效率，实现多关键词的检索，同时动态扩展系统分布式架构以提高系统负载能力。     

二维反三角超混沌系统及其在图像加密上的应用

为了进一步提高混沌系统的混沌特性，为图像加密算法提供更可靠的混沌系统，增强图像加密算法的安全性，提出了一种基于二维反三角超混沌系统的新型图像加密算法。首先，在一维三角混沌函数的基础上构建了一个二维反三角超混沌系统，通过分岔图和Lyapunov指数等仿真实验，验证了该系统具有更广的混沌区间和更强随机性的迭代序列，遍历性更加优秀；然后，基于此混沌系统，采用"置乱-扩散"策略，根据不同密钥生成的不同超混沌序列，对图像矩阵进行无重复置乱和循环移位扩散，循环三次得到密文，完成加密过程；最后，对图像加密方案进行了直方图分析、密钥空间分析、相邻像素相关性分析、明文敏感性分析和信息熵分析等性能测试。其中密文图像的相关指标参数像素变化率（NPCR）和统一平均变化强度（UACI）的测试值非常接近于它们的理想期望值，信息熵的测试结果约为7.997，也非常接近于理想期望值8。实验结果表明，此图像加密系统具有更可靠的安全性，抵抗攻击能力强，在图像安全领域具有较好的应用前景。     

Side-Channel Analysis for the Authentication Protocols of CDMA Cellular Networks

Time-division multiple access (TDMA) and code-division multiple access (CDMA) are two technologies used in digital cellular networks. The authentication protocols of TDMA networks have been proven to be vulnerable to side-channel analysis (SCA), giving rise to a series of powerful SCA-based attacks against unprotected subscriber identity module (SIM) cards. CDMA networks have two authentication protocols, cellular authentication and voice encryption (CAVE) based authentication protocol and authentication and key agreement (AKA) based authentication protocol, which are used in different phases of the networks. However, there has been no SCA attack for these two protocols so far. In this paper, in order to figure out if the authentication protocols of CDMA networks are sufficiently secure against SCA, we investigate the two existing protocols and their cryptographic algorithms. We find the side-channel weaknesses of the two protocols when they are implemented on embedded systems. Based on these weaknesses, we propose specific attack strategies to recover their authentication keys for the two protocols, respectively. We verify our strategies on an 8-bit microcontroller and a real-world SIM card, showing that the authentication keys can be fully recovered within a few minutes with a limited number of power measurements. The successful experiments demonstrate the correctness and the effectiveness of our proposed strategies and prove that the unprotected implementations of the authentication protocols of CDMA networks cannot resist SCA.     

基于信息熵抑制的大数据特征隐匿性加密仿真

针对传统大数据特征加密方法中大数据精度较差、加密耗时较长的问题,提出基于信息熵抑制的大数据特征隐匿性加密方法。分析信息熵抑制相关理论,采用信息熵映射函数对大数据分类,将信息熵抑制过程转化为计算2个文件相似性的过程,并根据余弦相似度公式以及Hamming距离值计算数据相似度,完成数据消冗。在完成数据消冗的基础上,分析分组密码方法和ECC加密方法,结合两种方法得到大数据特征隐匿性加密处理计算公式,实现基于信息熵抑制的大数据特征隐匿性加密。实验研究结果表明,所提方法能够有效去除冗余数据,提升大数据精度,加快数据加密的处理速度,高效完成大数据加密过程。     

物联网本体存储数据可撤销加密仿真研究

针对物联网密钥不可随机拆分与撤销,本体存储数据容易遭到外界入侵,导致用户隐私信息泄露,提出物联网本体存储数据可撤销加密方法。根据数据可撤销加密的理论确定双线性映射函数,通过加密撤销的困难假设构建了物联网本体存储数据可撤销模型。对存储数据进行可撤销运算,采用了周期更新思想,将用户密钥属性、用户身份以及时间进行划分,并根据访问树的节点数据对用户存储数据进行加密计算。通过主要密钥随机拆分撤销运算,根据结果对存储数据可撤销加密进行安全认证。仿真结果表明,采用可撤销加密方法能够实现物联网密钥的随机拆分,缩短用户密钥更新周期,数据安全性更高。     

A new image encryption algorithm based on non-adjacent coupled map lattices

We propose a new image encryption algorithm which is based on the spatiotemporal non-adjacent coupled map lattices. The system of non-adjacent coupled map lattices has more outstanding cryptography features in dynamics than the logistic map or coupled map lattices does. In the proposed image encryption, we employ a bit-level pixel permutation strategy which enables bit planes of pixels permute mutually without any extra storage space. Simulations have been carried out and the results demonstrate the superior security and high efficiency of the proposed algorithm.     

隐私保护DNA序列汉明距离计算问题

DNA序列承载着人体重要的生物学信息，如何在保护隐私的情况下正确地对不同的DNA序列进行比对，成为亟待研究的科学问题。汉明距离在一定程度上刻画了两个DNA序列的相似程度，在保护隐私的情况下，研究DNA序列的汉明距离计算问题。首先定义了DNA序列的0-1编码规则，该规则将长度为n的DNA序列编码成长度为4n的0-1串，证明了两个DNA序列的汉明距离等于它们的0-1编码串的汉明距离的一半。以此结论为基础，以GM加密算法为主要密码学工具，构造了计算DNA序列汉明距离的一个安全两方计算协议。在半诚实攻击者模型下，证明了协议的正确性，给出了基于模拟器的安全性证明，并对协议的效率进行了分析。     

基于ATP-ABE的访问控制方案

对访问控制机制中存在的安全性和有效性的问题进行了研究，提出了基于访问树剪枝的属性加密ATP-ABE（Access Tree Pruning Attribute Based Encryption）的访问控制方案。当ATP-ABE算法需要访问它的树型结构访问策略时，通过剪枝处理访问树结构中包含用户ID属性节点的分支，提高了用户所有者DO（Data Owner）管理和控制属性的效率，更加有效地实现了数据共享。还为访问树结构设计了许可访问属性，使DO仍保留共享数据的关键属性，并且能够完全控制它们的共享数据。基于决策双线性密钥交换算法DBDH（Decisional Bilinear Diffie-Hellman）假设分析了ATP-ABE方案的安全性，研究结果表明与两种经典ABE方案比较，ATP-ABE更加有效地减少了算法的系统设置、私钥生成、密文大小、用户属性撤销以及加解密过程中的计算开销，并给出了定量结论。