不可能差分性质更优的动态S盒构造方法

利用有限域的可逆变换与仿射变换产生S盒的思想,提出通过改变仿射变换矩阵中的行来生成动态S盒。分析了该方法生成单个S盒的密码学性质,实验结果显示单个S盒的密码学性质均达到高级加密标准中S盒的安全性;同时也分析了该方法生成动态S盒的动态差分概率、动态线性概率、动态非线性度、动态代数次数和不可能差分个数,理论分析表明该方法生成动态S盒均有较好的密码学性质;通过实验检验可以得出该方法生成的动态S盒具有很好的动态非线性度、动态差分和不可能差分性;而从分析该方法生成动态S盒的硬件实现效率可以看出,该方法具有较好的硬件实现效率。     

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。     

适于硬件实现的S盒构造方法

有限域上的乘法求逆变换和仿射变换混合后良好的密码学性质是Rijndeal、Camellia、SMS4等分组密码算法S盒设计的基础,总结了三种分组密码算法的S盒密码学性质,在此基础上提炼出一类S盒的构造模型,并根据硬件实现的特点,利用循环矩阵给出了一大批S盒。与Rijndeal算法S盒相比,此类S盒的密码学性质更加优良,同时硬件实现的资源开销与Rijndeal算法S盒大体相当。     

遗传算法在信息安全中的应用研究

遗传算法作为一种高效、并行、全局搜索的现代仿生智能优化算法,被广泛应用于计算机、自动控制等领域。探讨了遗传算法与S盒的基本原理,构造出基于遗传算法的S盒密码学模型,同时对该模型的理论基础、收敛性等进行了系统的分析;通过仿真实验对该模型效果和性能进行了分析与验证,结果表明该模型具有良好的密码学性能。     

高级加密标准Rijndael算法中S盒的替换方案

分析了高级加密标准Rijndael算法中非线性变换S盒的设计思想,对S盒构造过程中的仿射变换加以改变构造出了一批密码性能良好的88的S盒,从方差的角度分析了S盒的雪崩概率,并从中得到部分规律,这将有助于寻找更加安全的S盒。     

一类密码性能良好的S盒的构造

研究了Rijndael算法中非线性变换S盒的构造机制,通过类似的方法构造出了一批密码性能接近最优的4×4和6×6的S盒,这些小规模的S盒为进一步构造密码性能良好的大的S盒提供了资源。对这类S盒的雪崩概率进行统计分析,从而找到若干规律,这将有助于生成安全性更高、规模更大的S盒。     

一种基于混沌系统的ZUC动态S盒构造及应用方案

S盒作为ZUC算法中的唯一非线性部件,其安全强度对整个算法的安全性起着至关重要的作用.混沌系统因其具有良好的随机性和高初值敏感性被广泛应用于S盒设计中.目前,基于混沌思想构造S盒的方案大多采用单一的混沌映射且存在不能动态生成S盒等问题.针对该问题,提出了一种基于混沌系统的ZUC动态S盒构造方案.首先,通过对2个经典混沌系统的复合映射进行迭代操作,并将置乱思想引入S盒设计中,对产生的序列进行Arnold映射,不仅增加了S盒的非线性特性,而且可以实现动态生成S盒.其次,使用所构造的S盒替换ZUC算法中的固定S盒,并将其应用到资源受限的物联网设备中对感知层数据进行加密.最后,通过大量实验,验证所设计的混沌系统产生的S盒安全性更高,在ZUC等轻量级密码算法中具有很好的应用前景.     

一种改善双射S盒非线性度的方法

S盒是分组密码中重要的非线性部件,S盒的密码性质直接影响了密码算法的安全性,一个好的S盒要求有较高的非线性度。William Millan曾给出一个能改善双射S盒非线性度的Hill Climbing算法,它通过交换S盒的两个输出向量来提高S盒的非线性度直到非线性度达到一个局部最优值,本文在此基础上研究了如何同时改变S盒的四个输出向量的位置来更大程度的提高S盒的非线性度。     

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。     

提高S盒非线性度的有效算法

S盒是分组密码算法中的重要的非线性部件.William Millan曾给出一个能改善S盒非线性度的Hill Climbing算法,它通过交换S盒的两个输出向量来提高S盒的非线性度直到非线性度达到一个局部最优值,即交换任何两个输出向量也不能提高S盒的非线性度.本文研究了如何同时改变S盒的三个输出向量的位置来提高S盒的非线性度,并给出了MHC算法,它能在Hill Climbing算法的基础上进一步提高非线性度.实验证明,MHC算法对随机S盒的优化效果明显大于Hill Climbing算法.     

基于混沌映射的动态S盒构造方法

在本文中,我们提出了一种利用混沌映射构造动态S盒的方法,算法通过遍历混沌映射,得到一个整数序列的置换,同时,由于混沌映射具有对寝值和控制参数敏感的特征,细微地调整初始值和控制参数,将产生整数序列的不同置换,从而达到动态生成S盒的目的。我们对使用该方法生成的S盒的性能进行了分析,结果表明,利用该方法生成的S盒较好地符合S盒的设计准则。     

基于复合离散混沌动力系统的序列密码算法

利用复合离散混沌系统的特性,提出了两个基于复合离散混沌系统的序列密码算法.算法的加密和解密过程都是同一个复合离散混沌系统的迭代过程,取迭代的初始状态作为密钥,以明文序列作为复合系统的复合序列,它决定了迭代过程中迭代函数的选择(或明文与密钥),然后将迭代轨迹粗粒化后作为密文.由于迭代对初始条件的敏感性和迭代函数选择的随机性,密钥、明文与密文之间形成了复杂而敏感的非线性关系,而且密文和明文的相关度也很小,从而可以有效地防止密文对密钥和明文信息的泄露.复合离散混沌系统均匀的不变分布还使密文具有很好的随机特性.经分析表明,系统具有很高的安全性.     

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Feistel网络的反馈式分组混沌密码的研究

近年采,将混沌理论应用到信息安全已成为研究的一个热点。本文基于Feistel网络,提出了一种新颖的反馈式分组混沌密码算法。在该算法中,当前加密分组输出将影响下一明文分组要运行的轮数,而每一轮使用的孓盒的序号与加密密钥有关,轮数及s盒的序号均由混沌映射动态生成。由于混沌的固有特性,使得加密系统变得更加复杂,更加难以分析和预测。实验结果表明,本算法具有优良的密码学特性,对明文和密钥以及混沌系统参数的细微变动都非常敏感。产生的密文随机性很好。对本算法的安全性进行了分析,结果表明它具有很高的抗穷举攻击的能力。     

混沌梯度组合优化算法

提出一种混沌梯度组合全局优化算法，并对该算法进行了收敛性分析．算法首先采用改进的变步长梯度法得到某个优化值，然后利用变尺度混沌搜索跳出局部极小，经过反复组合迭代，直至到达最优解．仿真结果表明，该算法能充分发挥梯度法寻优的快速性和混沌法寻优的全局搜索能力．     

A new design of cryptosystem based on S-box and chaotic permutation

In this paper, we present a new design of cryptosystem characterized by an optimized substitution box (S-box) and random permutation. Our proposed S-box is generated using a modified genetic algorithm. The crossover process is performed with sophisticated research using the best previous population. We use randomness and ergodicity of the logistic map to add complexity and robustness to our proposed method. Many tests proving the nonlinearity of our S-box have been carried out to demonstrate the efficiency of our algorithm. In the second part, we offer a new permutation algorithm based on a chaotic sequence generated from the logistic map. To show the performance of our proposition, we compare our results with previous algorithms. The results of its statistical analysis, like entropy value and correlation between adjacent pixels, show that the proposed image encryption scheme provides security for image encryption. The time speed of the proposed algorithm confirms the possibility of real-time implementation.

     

分组密码AES的优化与设计

AES是现有的一种抗攻击能力强、加密速度快以及可移植性好的加密算法。在FPGA上实现AES算法可以更快地处理数据。为了提高整体系统的运行速度,在优化设计中采用全流水的技术来实现算法,并对S-box进行优化。S-box是AES算法中唯一的非线性单元,在进行加密、解密尤其是在字节替换过程时,需要分别执行S-box和逆S-box,一般使用查表来进行操作,这样会占用大量的资源,所以对S-box进行优化是对整个算法优化的最重要的步骤。最终使用Modelsim对设计结果进行仿真然后使用Quartus进行总体综合。     

A novel image encryption algorithm based on LFT based S-boxes and chaos

Multimedia Tools and Applications - A novel and efficient image encryption algorithm based on the chaotic system and S-boxes is introduced in this paper, in which an original S-box is produced by...