基于国密算法SM2、SM3、SM4的高速混合加密系统硬件设计

随着电子信息技术的快速发展,数据的安全性问题日益严峻,传统单一制密码算法在安全性与运算速率上已不能满足要求。为了解决大数据时代下所提出的加密需求,提出了一种基于国密算法SM2、SM3、SM4的高速混合加密系统的硬件设计方案,并针对SM2和SM4算法的底层硬件结构进行优化：对SM2算法采用Karatsuba Ofman模乘器与点运算并行方案进行优化。对SM4算法提出了一种基于复合域S盒的二次流水全展开硬件架构。实验结果表明,该系统所实现的各算法电路均具有较高性能。SM2的点乘时间缩短至68.37 μs;SM3的杂凑值生成仅需0.71 μs;SM4吞吐率最高达53.76 Gbps。相比同等安全性的SM2算法,该混合系统在加密时间上减小了26.67%,具有实用价值。与相关工作进行对比分析,可证明该方案在安全性和加/解密性能上均有一定优势。     

基于SM4和ECC的混合加密算法研究

由于单一加密算法不足以满足无线嵌入式通信系统对信息安全的要求,提出基于提升的SM4算法和公钥加密算法的椭圆曲线密码体制(ECC)混合加密。首先将SM4中的参数FK由固定值改为动态选择生成,然后用提升的SM4算法加密信息,并采用ECC完成SM4的密钥管理。最后基于Visual C++6.0验证了混合加密算法的可行性。实验结果表明,提升的算法以占用时间资源为代价提高了算法的扩散性。该算法能够有效地提高加密的安全性,适用于对嵌入式系统中数据加密。     

基于超混沌系统的自适应图像加密算法

基于超混沌系统提出一种自适应图像加密算法。先对超混沌信号进行改造处理,并根据明文像素信息对序列进行变换,使得密钥序列对明文图像敏感;然后以前一个加密像素为基础,通过非线性运算产生中间密钥自适应加密后一个像素,直至所有像素加密完成;最后分别从统计特性、抗差分攻击、密钥敏感及密钥空间和执行效率对算法进行仿真分析,结果显示该算法具有安全性高、运行效率高等特点。     

一种基于混沌理论的数据加密算法设计

研究混沌理论的数据加密算法设计,针对传统利用混沌系统对数据加密时运算开销大、运算效率不高.为解决上述问题,提出了一种利用混沌系统的迭代序列进行加密的方法.首先将混沌产生的序列映射成由整数构成的伪随机序列来充当加密密钥,然后将其均匀分布在某一区间上.再利用Logistic公式迭代若干次与经过置换的明文异或获得加密密文.通过对混沌序列加密算法的设计,使加和解密运算开销和运算效率得到了提高;分析算法具有较强的抗密钥穷举攻击和抗攻击的能力.仿真实验结果表明方法是有效的和可行的,并且数据加密/解密的效果良好.     

改进Henon超混沌系统与AES结合的图像加密算法

针对近年来AES（Advanced Encryption Standard）加密算法在图像加密领域应用中存在的一些缺点,提出了一种基于改进Henon超混沌系统与AES结合的图像加密算法。该算法首先利用四维Henon超混沌系统产生超混沌序列,通过引入明文图像像素的相关特性作为参数来截取超混沌序列作为BP神经网络的训练样本,训练后得到的非线性混沌序列作为AES加密算法的目标密钥。将目标密钥代入AES加密算法进行两轮循环加密得到密文,且每轮加密过程中都会由混沌序列产生新的S盒和轮密钥,大幅度提高了密钥的随机性。仿真实验结果表明,该算法能够很好结合三者的优点,安全性非常高。     

超混沌系统和AES结合的图像加密算法

针对传统AES（高级加密标准）加密算法存在密钥空间小、固定不变等缺点,提出了一个新的超混沌系统和AES结合的图像加密算法。该算法首先利用超混沌Qi系统产生超混沌序列,截取混沌序列作为AES加密算法的目标密钥,且截取过程中引入了明文图像像素的平均值作为参数,以适应明文图像的变化。然后,将目标密钥代入AES加密算法进行两轮循环加密,且每轮加密过程中的S盒和轮密钥由混沌序列产生,增强了密钥的随机性。仿真实验结果表明,该算法能够很好地结合两者的优点,达到很好的加密效果。     

基于混沌系统的图像加密算法

混沌序列具有容易生成，对初始条件敏感以及具备白噪声的统计特性等特点，混沌序列的离散映射也具其相似的特性，文中讨论了一种以实数值混沌序列为基础。利用图像置乱变换技术，实现基于空域或频域的数字图像加密算法，该算法具有较高的安全性，实验结果令人满意。     

ARM NEON和国密SM4的H.264视频加密

针对视频数据全加密过程中的低效率和只对部分帧加密导致数据泄露问题,采用国密算法SM4逐帧加密H.264格式的I帧、P帧、B帧,同时使用NEON技术加速SM4算法。逐帧加密在防止视频数据泄露方面效果较好,使用NEON之后,SM4加密耗时减少了40%左右。     

一种基于超混沌系统的双图关联加密算法

针对现存混沌图像加密算法中存在系统安全性不高、无法抵御明文攻击、加密图像相互独立、效率低等问题,提出了一种基于超混沌系统的双图关联加密算法。首先根据明文图像,由超混沌系统产生与之相关的混沌随机矩阵,对明文图像进行深度扩散;选取其中一幅图像进行明文关联的置乱操作与快速比特扩散生成密文◢c▼1▽;之后对剩余图像进行自适应关联比特操作生成密文c▼2▽,完成双图关联的图像加密。实验结果与仿真分析表明,该算法不仅具有更高的效率与更强的抗明文攻击能力,而且仅由一幅密◣文不能得到与之相应的明文图像,安全性更高,具有良好的应用场景。     

超混沌强化对称加密算法的研究与应用

混沌系统对初始值的极端敏感,使得它呈现出类随机性和数据难以预测的特点,因此在安全通信和算法加密设计方面得到了许多应用.数字签名技术是网络信息传输过程中经常应用的加密技术,不同于多数系统中经常采用的非对称加密技术,提出了一种基于超混沌强化对称加密算法的数字签名技术,通过对DES算法的入口参数进行混沌加密,而使得对称算法得到了进一步的增强,给出了数字签名算法的实现过程并给出了该方法在局域网信息安全传输中的应用.     

基于混沌的RC4流加密算法

针对WEP、TKIP使用IV向量存在的安全隐患问题,提出一种将混沌映射与RC4算法相结合的加密算法,并给出相应的密钥管理方案,同时对该加密算法的密钥空间、随机性及加密效果进行分析。基于混沌的RC4算法利用混沌随机序列作为种子密钥,提高密钥的随机性,增加破译难度,且密钥变换空间相比WEP、TKIP得到较大的拓展。     

大数据加密算法在数据安全保护中的应用研究

针对大数据加密算法安全性不高,计算效率低等问题,本研究采用双混沌系统结合改进AES加密算法设计出一个混合加密算法,改进AES算是利用仿射变换对(A7、6F)生成新的S盒,采用的双四维超混沌系统是从两个三维混沌系统进行改造而成,然后利用改造后的超混沌系统生成混沌序列,设计出一个分组加密方案,在Hadoop大数据平台上,将双超混沌加密方案和改进的AES算法进行合并;试验表明,本研究的大数据加密算法安全性能高、密钥长度达688 bit,加密解密效率提高2倍以上.     

基于DNA编码和超混沌系统的图像加密算法

针对DNA编码规则单一和混沌加密算法对密钥的灵敏度低等问题,提出一种基于DNA编码和超混沌系统的图像加密方案。该算法首先使用SHA-3算法计算明文图像的哈希值,用于超混沌系统的初始值,增加明文敏感性;其次将图像转换为DNA序列,并与所构建的S盒子进行DNA序列运算;最后用超混沌系统产生的序列对图像进行置乱。结果和理论分析表明,该算法不仅提高了密钥敏感性和传输数据的安全性,而且具有较好的抗穷举攻击、统计攻击和差分攻击能力。     

基于分数阶超混沌系统的无损彩色图像加密

本文针对当前图像混沌加密系统的密钥空间小、相关性高以及难以抵御选择明文攻击的特点,结合二维离散小波变换和Qi超混沌系统的改进,实现了一种对无损彩色图像加密的算法。首先,针对Qi超混沌系统难以产生四翼空间以及系统易被破解的不足,改进Qi公式得到一种新型的四翼超混沌系统;其次,将彩色图像分离,经过神经网络进行置乱;然后,通过改进S盒的AES算法对置乱图像加密;最后,对置乱图像通过小波变换进行频域加密得到密文图像。结果表明,在图像相关性上比已有算法低50%左右,适合于各类彩色图像的加密。     

基于混沌理论的彩色图像加密算法研究

图像信息的安全保护是军队信息系统建设的重要课题;文中给出了图像加密系统功能结构,并对该功能结构中的各模块的功能进行了说明;针对彩色图像的存储特性,为改进彩色图像加密算法的安全性和效率,提出了一种基于三维超混沌系统的彩色图像加密算法;该算法利用改进的三维超混沌系统产生混沌序列,利用复合加密算法实现彩色图像在空域上的加密;理论分析和仿真实验表明,该算法具有良好的保密性和加密效果;若进一步降低运算量,该算法可广泛应用于军用图像、商业机密图纸和远程私人病历等需要保密通信的场合.     

一种基于四维超混沌系统的数字图像加密算法

基于低维混沌系统的数字图像加密算法存在密钥空间小、安全性不高等问题。为此,在三维Lorenz系统的基础上,通过增加变量w使其成为四维微分方程组,并引入一个非线性项来增强系统运动的复杂性,由此构造一个四维超混沌系统。基于该系统提出一种新的数字图像加密算法。Lyapunov指数的计算结果和系统运动轨迹的仿真结果验证了系统的超混沌性。安全性分析和测试结果表明,新算法对密钥非常敏感,具有较好的扩散性及安全性,能抵抗蛮力攻击、已知明文攻击和选择明文攻击。     

国密SM2加密算法的RCCA安全设计

国密SM2密码算法已经成为保障我国网络信息系统安全自主可控的关键技术.然而近期研究发现, SM2加密算法在实际部署应用时面临高效的算法替换攻击.该种攻击可以从当前的密文预测下一次加密所使用的随机数,从而可以在不知道解密密钥的情况下成功解密后续密文.密码逆向防火墙技术已被证实可以有效抵抗该种攻击,但其要求密文具有可重随机性,与SM2加密算法本身所具备的CCA (chosen-ciphertext attack)安全性相冲突.针对该问题,本文改进SM2加密算法,构造了具有RCCA (可重放CCA)安全性的公钥加密方案.该方案具有与SM2加密算法近似的安全性,且同时支持密文重随机操作,因此可以有效兼容密码逆向防火墙.方案的设计遵循Phan等提出的OAEP三轮构造范式,结合SM2加密算法进行改进,并在随机预言机模型下给出了严谨的安全证明.本文提出了首个基于国密算法的可重随机RCCA公钥加密方案,研究结果有助于提升SM2密码算法在实际应用中的安全性.     

基于MQTT- SM4掩码辅助加密算法的配电物联网安全通信

随着“坚强智能电网”、“泛在电力物联网”等战略的部署和发展建设，大量的电力采集设备、机器人、监控摄像头应用在配网作业场景中。因此，针对配网终端数量多和配网作业环境复杂多样化等因素，如何设计合适的通信架构对于保证配网数据的安全稳定传输尤为重要。首先，本文基于当前流行的物联网平台通信协议MQTT、CoAP和HTTP，从多个方面进行对比分析，并设计了一种新颖的配电物联网通信架构。进一步，针对安全性要求，我们基于国密SM4提出MQTT- SM4掩码辅助加密算法对配电物联网信息进行加密传输，通过会话密钥协商获取所需的掩码密钥和消息密钥，并协同计算出轮密钥用于加密。通过对MQTT- SM4掩码辅助加密算法进行加密测试和安全分析，仿真结果表明，本文设计方案能够有效提高配电物联网通信安全性和稳定性。     

基于混沌系统的数据加密算法研究

文章致力于对现有的数据加密算法的安全性进行密码学分析,并在此基础上设计了一种基于混沌系统的加密算法。文章设计的混沌加密算法是一种基于离散混沌系统模型中的Logistic映射的序列密码算法,通过对混沌公式的迭代得出密钥,将密钥与明文中的每个字节进行异或,得出密文,从而实现对数据的加密。     

流密码框架下的SM4专用认证加密算法

认证加密算法是能同时满足数据机密性与完整性的对称密码算法,在数据安全领域具有广泛应用。针对基于分组密码的认证加密算法的安全性以及效率需求,提出一种基于SM4轮函数的专用认证加密算法SMRAE。算法采用流密码思想,从SM4底层部件出发,结合Feistel结构设计状态更新函数用于轮变换,处理256 bit消息只需调用4个SM4轮函数指令。在初始化阶段将初始向量和密钥经过16轮迭代,使差分充分随机化;利用SM4加密消息,将生成的密文参与轮变换,实现状态更新和加密并行;解密时先进行消息认证,降低时间消耗,提高算法安全性。安全性分析与实验结果表明SMRAE能够抵抗伪造攻击、差分攻击和猜测攻击等主流攻击,效率高于AES-GCM,与SM4效率相当,具备一定的实用性。