基于抗退化混沌系统的动态S盒设计与分析

S盒是分组密码算法中的关键部件之一,其混淆和置乱作用决定着整个密码算法的安全强度。为使基于混沌系统生成的S盒具有更好的密码学性能,提出了一种基于抗退化混沌系统的动态S盒设计方案。首先,使用Lorenz混沌映射扰动Chebyshev混沌映射;然后,使用截取位数法和划分区间法生成两种初始S盒;最后,使用索引排序扰乱法得到最终S盒。所提抗退化混沌系统生成的混沌序列不存在短周期现象,具有遍历性、不可预测性等特点;运用于S盒的设计中能极大提升S盒的安全性能,消除混沌生成源的安全隐患;并且,通过对系统参数的调控可批量地生成动态S盒。对S盒的安全性能,即非线性度、差分均匀性、严格雪崩准则、输出比特间独立性和双射特性进行了测试和对比,实验结果表明,所提方案生成的S盒具有更好的密码学性能,可用于分组密码算法的设计中。     

新型一维偏移耦合映像格系统及其动态特性

混沌系统具有复杂的动力学行为,但在数字系统中运行时会出现动力学特性退化的问题。元胞自动机在时间、空间上都具有离散性,能够有效减弱混沌系统在有限精度下的动力学退化问题。基于元胞自动机,提出了一种一维偏移耦合映像格系统,利用初等元胞自动机每次更新的不同状态,动态产生每个格子的耦合索引偏移量,再根据偏移量对混沌序列施加不同的扰动,然后交替切换元胞自动机的迭代规则。最后,对混沌系统的动力学特性进行对比分析以及对该系统产生的时间序列进行量化和随机性检测,仿真实验结果表明,该混沌系统周期更长,遍历性更好,产生的序列随机性更佳,在序列密码算法中有很大的应用价值。     

RAIN:一种面向软硬件和门限实现的轻量分组密码算法

RAIN算法的设计基于国际上分组密码设计广泛采用的SPN (substitution permutation network)结构,通过迭代混淆层S盒和扩散层字混合提供强雪崩效应,不仅保证强的安全性,还兼顾了软硬件实现.算法支持64b分组和128 b分组,2种不同的分组长度采用相同的轮函数结构实现,方案简洁优美.混淆层...     

基于混沌映射的分组密码算法

提出一种新的混沌分组密码算法。该算法基于扩展Feistel结构将128 bit明文加密为128 bit密文。轮函数中的S盒由Logistic混沌映射产生,算法密钥由128 bit的初始密钥通过Cubic映射迭代生成。采用硬件描述语言VerilogHDL设计实现该算法,并用Modelsim对加解密过程进行仿真,实验结果证明其具有高灵敏度的S盒,密钥空间大,混乱和扩散性能好。     

一种基于混合反馈的混沌图像加密算法

针对现有基于混沌分组密码的图像加密算法中,扩散函数扩散速度慢、需要多轮迭代才能抵抗差分攻击的缺点,提出了一种新的基于密文和输出混合反馈的混沌图像加密算法。该算法利用密文扰动混沌系统的初始值,既改善了数字混沌的退化,又能使扩散函数具有非常快的扩散速度。经过实验验证,该算法只需正反两轮迭代,就能达到较高的安全性和较快的加解密速度。     

融合Hénon映射和元胞自动机的图像加密算法

为增强数字图像在通信传输中的安全性,提出了一种结合了 Hénon映射和元胞自动机优良特性的图像加密算法.该算法先将明文图像转换为二进制矩阵,根据外部密钥使用Hénon映射采取逐级迭代法产生伪随机序列,依据伪随机序列采用初等元胞自动机演化规则对图像信息逐行逐列地进行扩散,迭代3次后得到加密图像.经过仿真实验表明,该图像加...     

基于混沌系统的S盒生成算法的研究*

S盒是分组密码算法中唯一的非线性部件,设计一个性能良好的S盒具有重要的实际意义。本文提出了一种新的S盒构造方法,算法中利用两个混沌系统进行迭代,操作简单却大大增加了置乱效果。文中分析了S盒的密码学性能,包括双射特性,非线性度,严格雪崩准则,输出比特间独立性,差分概率和线性概率,最后在我们提出的S盒的Lyapunov指数定义的基础上,计算了本文构造的S盒的Lyapunov指数,结果表明该方法生成的S盒具有良好的密码学性质。     

SMS4算法S盒布尔函数的Walsh谱分析

S盒是现代对称密码中非常重要的组成部分,是大多数分组密码中唯一的非线性结构,在很大程度上决定分组密码的安全性.利用Walsh谱理论,分析中国最新分组密码标准SMS4算法S盒的线性性、非线性性、平衡性、严格雪崩特性和扩散特性等密码性质,从理论上揭示SMS4算法S盒的安全性.     

基于混沌和细胞自动机的图像加密算法

为了设计加密性能好、容易实现的加密系统,充分利用混沌系统的密码学特性和细胞自动机良好的加密性能,提出了一种基于混沌系统和触发细胞自动机的图像加密算法.算法先利用混沌序列对图像进行加密处理;通过构造反转规则建立触发细胞自动机,并根据触发细胞自动机的迭代规则对图像进行二次加密.加密过程简单高效,且具有较大的密钥空间,可以保证系统的安全性.实验结果表明,该算法具有较好的加解密性能,且较小的邻域半径即可得到良好的加密效果,因此非常便于硬件实现.     

一种利用外键控制的密文反馈混沌分组密码算法研究

近年来,基于混沌理论的保密通信和数据保密得到广泛、深入的研究,提出了许多基于混沌理论的混沌加密算法,但这些算法缺乏可靠的安全性和鲁棒性。本文提出一种利用外键控制的密文反馈混沌分组密码算法,其最大的优点是系统的密钥由128位的外部键生成,混沌系统的系统参数、初始条件和迭代的次数随着密文反馈动态生成。这样,密码系统的随机性、复杂性得到了极大的提高。同时理论和实验表明,该算法具有较高的安全性和鲁棒性,能够抵抗差分和线性密码分析。     

基于时空混沌的S盒产生算法

置换盒又被称为S盒,是分组密码中常采用的重要部件。在分析S盒性能评价指标的基础上,提出了一种基于时空混沌的S盒产生方法。仿真测试表明根据该方法,可以产生一批具有良好性能的S盒,为开发新的分组密码算法奠定了很好的基础。     

改进的广义Feistel结构轻量级分组密码算法

随着复杂环境信息物理系统的更加开放,数据的安全传输问题备受关注.轻量级分组密码算法是保证信息物理系统数据安全传输的重要方法之一,但其仍存在软件实现速率低、硬件实现复杂和灵活性缺乏等问题.针对上述问题,提出了一种基于四分支的广义Feistel结构的高性能轻量级分组密码算法.相较于传统的广义Feistel结构算法,该算法进行了以下优化:1)采用由模加、循环位移和异或3种操作组合成的ARX （modular addition, rotation and XOR）结构替换传统广义Feistel结构中的S盒（非线性替换层）和P盒（线性置换层）,简化了算法的轮函数结构; 2)增加非对称双子密钥以处理每轮加密的明文中间状态,使得中间状态不存在未处理的分支,提高了算法的安全性; 3)设计了可扩展的轮常数加模块,提高了算法的灵活性; 4)分支中增加混淆扩散结构f_x,加快了算法的混淆和扩散速度;5)灵活设计了6个版本的轻量级分组密码算法,以适应不同位数的CPU平台.实验和分析表明,该算法实现效率高,具有良好的混淆和扩散能力,以及较高的安全性.     

耦合触发元胞自动机在数据加密中的应用

利用元胞自动机之间的相互作用，提出耦合触发元胞自动机的加密技术，增加密钥空间和增强密码系统的强度．分析结果表明该算法可以抵抗蛮力攻击和差分分析攻击，具有较高的安全性和很强的实用性．     

针对AES分组密码S盒的差分故障分析

研究了AES分组密码对差分故障攻击的安全性,攻击采用面向字节的随机故障模型,结合差分分析技术,通过在AES第8轮列混淆操作前导入随机单字节故障,一次故障导入可将AES密钥搜索空间由2128降低到232.3,在93.6%的概率下,两次故障导入无需暴力破解可直接恢复128位AES密钥.数学分析和实验结果表明:分组密码差分S盒取值的不完全覆盖性为差分故障分析提供了可能性,而AES密码列混淆操作良好的扩散特性极大的提高了密钥恢复效率,另外,本文提出的故障分析模型可适用于其它使用S盒的分组密码算法.     

一种混沌分组密码的设计及分析

S(Substitution)-盒是分组密码算法中关键的非线性变换，本文首先通过量化函数把混沌系统作用的无限域映射到S-盒作用的有限域，分析了量化状态的一些特性，然后提出一种利用混沌量化状态构造S盒的方法。这种方法充分利用了混沌系统良好的伪随机特性、轨道的不可预测性和系统对初始状态及控制参数的敏感性，大大提高了构造高强度S-盒的效率。统计检验的结果表明，用混沌量化状态构造的S盒具有较强的安全性。     

混沌映射与可逆线性记忆元胞自动机相融合的图像认证加密算法研究

为了使加密系统拥有图像认证功能,能够防止图像在存储与传输过程中被各种攻击肆意篡改,并提高其加解密速度以及安全性,使可逆线性元胞自动机具备记忆贮存功能,提出一种可逆线性记忆元胞自动机。采用混沌映射与可逆线性记忆元胞自动机相融合的图像认证加密算法来增强加密系统的性能,采用的是图像块加密算法,而非传统的密码流。首先采用二维分段线性混沌映射对初始明文图像进行置乱,改变像素位置;然后对置乱图像进行分块,并利用Logistic映射和可逆线性记忆元胞自动机对每一块进行扩散加密处理,改变其像素值,随后将这些加密后的分块密文组合起来形成密文图像;将HASH方程引入到本文算法中,使其拥有图像认证功能。借助MATLAB仿真软件来验证本文算法,结果表明:所提出的图像认证加密新算法具有优异的加密性能,扩散机制高度安全,计算效率高,其密钥空间足够大,抗攻击能力大幅度提升。     

初等元胞自动机的界面设计及稳定性分析

建立了所有规则下的初等元胞自动机的可视化模型及界面,设计了用于判断初等元胞自动机稳定性的应用程序,并可直接计算得到演化类型及周期.在此基础上,模拟得到了不同元胞数m,随机产生的不同的初始状态,不同规则数R以及各种边界条件下初等元胞自动机的演化结果,并分析了以上因素对稳定性的影响.结果表明:元胞数m,初始状态,规则数R以及边界条件,均对初等元胞自动机的演化类型,演化周期产生较大影响.充分反映了元胞自动机的复杂性.模型从模拟的角度出发,为元胞自动机的复杂性研究提供了一个简单的、可视的计算机仿真工具,并可为复杂的理论推导提供参考或验证.     

密码组件安全指标测试工具设计与实现

对称密码是信息系统中数据保密的核心技术，而非线性S盒通常是其中的关键密码组件，广泛用于分组密码、序列密码和MAC(Message Authentication Code)算法等设计。为了保障密码算法设计的安全性，首先，研究了差分均匀度、非线性度、不动点数、代数次数与项数、代数免疫度、雪崩特性、扩散特性的指标测试方法；其次，通过可视化窗口设计输出S盒的各个安全指标结果，并以弹窗形式给出对应安全指标的细节描述；再次，重点设计了S盒非线性度和代数免疫度的子模块，并对应非线性度简化了线性分布表，且基于定理对代数免疫度计算过程进行了优化和举例说明；最后，实现了S盒的测试工具，并给出了7种安全指标测试和案例演示。所提测试工具主要应用于对称密码算法的非线性组件S盒安全指标的测试，进而为算法整体提供安全保障。     

基于2D Arnold混沌映射和初等细胞自动机的图像加密算法

为了设计出安全高效、加密性能良好的图像加密系统,结合混沌映射、细胞自动机和四叉树分解的良好特性,提出一种基于2D Arnold混沌映射和初等细胞自动机的图像加密算法。该算法首先利用2D Arnold混沌映射对像素位置进行置乱,然后利用基于四叉树分解的初等细胞自动机,对置乱后的图像在比特级下进一步混淆,从而得到密文图像。仿真实验表明,该算法在低迭代次数的情况下也能取得良好的加密效果,并且对明文和密钥的敏感性强, 能够有效地抵抗基于差分特性的攻击,是一种快速高效、安全性高的加密方法。     

一种新的基于混沌映射的分组密码算法研究

通过引入二进制分数及其相关运算,提出一种新的基于混沌映射的分组密码算法.该密码算法主要由三个部分组成,即基于Tent混沌映射的扩散过程和混淆过程以及基于分段线性混沌映射的密钥生成过程.分析表明,该算法具有较大的密钥空间,并在密文随机性测试、明文与密文的相关性测试、明文敏感性测试和密文敏感性测试中具有良好的表现,同时,由于将浮点运算转换成整数运算,其效率将高于其他基于混沌系统的密码算法.