非线性布尔函数处理模型研究与设计

针对序列密码算法中非线性布尔函数的实现,利用布尔函数的拆分建模,提出一种以布尔函数拆分、布尔函数计算和输出回写为基础的通用非线性布尔函数处理模型,模型能够完成不同形式的非线性布尔函数实现.为更好地评估模型的实现能力,完成了序列密码中常见的非线性布尔函数的算法适配.适配结果表明,和现有的方式相比,模型适配能力较强,资源占用低,具有较好的发展前景.     

面向密码算法的非线性布尔函数实现技术研究

为了提升密码算法中非线性布尔函数实现效率,设计了串行与电路和以查找表为基础的并行化低次布尔函数实现架构,分别实现高次与项和低次与项。分析了不同并行化查找表实现密码算法中低次布尔函数的效率。结果表明,结合香农分解定理提出的并行化查找表架构处理性能可以达到1.02 GHz,不仅能够灵活适配密码算法中的非线性布尔函数,而且能够节省资源占用。     

高效适配NLBF型序列密码的全局定向搜索算法

针对序列密码中非线性布尔函数（NLBF）适配算法不具普遍性及资源消耗较多的问题,提出一种基于NLBF与项和真值表相结合的全局定向搜索算法。首先,通过NLBF中与项比率的分析,得出合理的查找表（LUT）适配形式;随后,提出布尔函数归类算法,归类算法从高次到低次搜索NLBF中全部与项,并对各与项进行“吸收”及“合并”处理;最后,提出基于真值表的配置信息生成算法,该算法通过遍历真值表的方式,生成LUT存储的配置信息以完成NLBF的运算。对序列密码进行适配发现,布尔函数归类算法能完成现有NLBF型序列密码的适配,且对常用的ACH-128、Trivium及Grain等算法更易适配;同时从对比结果可以看出,全局定向搜索算法的资源消耗较基于Shannon分解定理的适配算法及遗传算法明显要少;同时从资源消耗情况来看,4输入LUT消耗最多,6输入LUT消耗最少。     

TOYOCRYPT-HS1算法高速实现研究

提出了一种TOYOCRYPT-HS1算法高速实现架构,不仅能够满足算法中LFSR特征多项式可变的要求,而且实现了LFSR和非线性布尔函数的并行化设计,显著提高了算法的处理性能。最后通过实验验证和性能比较可以看出,该TOYOCRYPT-HS1算法高速实现架构具有较大的性能优势,最大吞吐率达到1.54 Gb/s。     

爬山算法对一阶相关免疫函数非线性度的优化研究

在布尔函数的设计中,总是希望得到满足多个密码特性的密码函数,但是这些密码特性之间存在着一定的制约关系。利用爬山算法对一阶相关免疫函数进行了优化,得到了大量高非线性度的布尔函数并通过MATLAB 实验对八元、九元一阶相关免疫函数进行了优化。实验结果表明,该算法可进一步优化相关免疫函数的非线性度。     

最高非线性度旋转对称布尔函数与最优代数免疫函数

研究了旋转对称布尔函数的最高扩散次数、最高非线性度、代数免疫性和最优代数免疫函数的存在性与构造等问题。利用导数和e-导数证明了非线性度达到最高的旋转对称布尔函数的存在性,并利用导数,由扩散性达到最高n次的Bent函数来验证一类旋转对称Bent函数的存在性。同时证明了1阶代数免疫和2阶以上代数免疫旋转对称布尔函数的存在性。另外,利用旋转对称Bent函数构造了非齐次完全旋转对称最优代数免疫布尔函数以及一类众多的最优代数免疫布尔函数,并证明了这两类函数的存在性。同时,也得到了非齐次完全旋转对称相关免疫布尔函数。     

两类非线性密码组件可重构研究与电路设计

为解决对称密码中s盒和非线性布尔函数（NBF）在实现密码专用处理器时采用异构化设计导致的资源浪费问题,提出一种类AESs盒和NBF的可重构电路结构方法。分析s盒问题中的原有非线性布尔函数模块（NBFM）,4-4、6-4的s盒电路能够提供更好的适配性,但不能很好地支持8-8的s盒电路。基于塔域分解理论,论证不同的类AESs盒电路差异在于输入前后的转换矩阵。采用混合基的方法将类AESs盒电路分解成GF （16）上的各个运算模块,并推导出模块比特级别表达式,在具体适配运算模块时采取门级实现、NBFM适配实现或对NBFM进行改进3种方案,实现类AESs盒和NBF的可重构电路。实验结果表明,该方法在不影响原有NBF功能的基础上,利用4个NBFM与22.7%的s盒电路面积即可实现一个完整的类AESs盒电路。     

基于引力搜索的布尔函数生成算法

布尔函数是在密码学、纠错编码和扩频通信等领域有着广泛应用的密码函数,寻找性能优良的布尔函数一直是密码学领域的重要问题之一。基于引力搜索算法设计了一种搜索布尔函数的新算法。该算法模仿万有引力定律,以n维空间中的质量点表示布尔函数,以布尔函数的密码特性作为目标适应度函数进行搜索。实验结果表明,算法使用新设计的目标适应度函数可以直接生成具有1阶弹性、1阶扩散准则和高非线性度、高代数次数以及低自相关指标等多种密码学指标的平衡布尔函数,并且进一步给出了直接生成2输出平衡布尔函数的计算机搜索算法。     

2-分解H布尔函数和高非线性度布尔函数

以布尔函数的导数和自定义的e-导数为主要研究工具,研究满足一次扩散准则、可2-分解为两个子函数乘积的一类H布尔函数的非线性度、相关免疫性和代数免疫性等密码学性质。得到了这类H布尔函数的相关免疫阶与两个子函数的关系,以及这类H布尔函数的相关免疫阶可达到 n2 －1的结论。还得到了利用两个子函数使布尔函数的非线性度易于求解的方法,以及这类H布尔函数的最低代数次数零化子与两个子函数的关系。进一步地,在这类H布尔函数上述特点的基础上,利用导数和e-导数构造出了非线性度提高到2n－2+2n－3、具有相关免疫性和2阶代数免疫性的一族H布尔函数。由此,解决了提高布尔函数的非线性度问题,以及同时具有较高非线性度、扩散性、相关免疫性和较高阶代数免疫性的布尔函数的存在性问题。     

克隆粒子群算法的镜像层叠滤波器的优化设计

层叠滤波器是一种具有层叠性和阈值分解性的滑动窗非线性数字滤波器.层叠滤波器的优化设计过程关键就是对正布尔函数优化.本文利用了克隆粒子群优化算法的全局寻优能力和免疫系统的免疫信息处理机制,改善了粒子群优化算法摆脱局部极值点的能力,提高了算法进化过程中的收敛速度和精度.仿真实验的结果也表明,该算法在正布尔函数的优化效果得到了显著改善,收敛加快,试验结果表明该算法设计的层叠滤波器具有良好的细节保持能力和去噪声能力,有效地改善了滤波性能.