基于抗退化混沌系统和初等元胞自动机的动态S盒设计

S盒是多数分组密码算法的基本非线性模块,可以满足分组密码算法的混淆、扩散要求。为了提高混沌S盒的安全性,文中利用抗退化混沌系统生成S盒元素,基于初等元胞自动机生成S盒检索表的方式来生成S盒。抗退化混沌系统可以避免发生Skew Tent系统进入不动点的情况,消除低精度下系统进入短周期的现象。因为初等元胞自动机的迭代规则为二元域上的运算,且满足时空上的离散性,所以,将初等元胞自动机运用到混沌分组密码中时,不用考虑动力学退化的问题。当初等元胞自动机的迭代规则为全局混沌规则时,只要元胞个数足够,就可以保证输出的伪随机性。利用初等元胞自动机生成S盒的检索表,在保证S盒设计的混淆原则的同时还可以简化S盒的生成步骤。最后对所设计的S盒进行安全性分析对比,实验结果表明,所提方法生成的S盒具有良好的安全性,满足分组密码的混淆、扩散原则,可用于混沌分组密码算法设计中。     

基于扰动法的抗退化数字混沌系统研究

研究数字混沌系统的退化问题对混沌密码学的发展有重要意义，扰动法能有效改善数字混沌系统的退化行为。首次提出对一维Chebyshev混沌系统的全部扰动对象进行扰动的方法，使Chebyshev映射表达式的每一个部分都被扰动源所影响，从而达到抗退化的目的。还对改进方案生成混沌序列的性能进行了对比与分析，结果表明，上述方案在低有限精度情况下不仅大大延长了数字Chebyshev混沌系统周期，使系统的动力学性能得到提高，扩展了密钥空间，可用于混沌密码算法的设计中。     

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。     

混沌映射和流密码结合的图像加密算法仿真

为了有效改进彩色图像加密的效果和安全性,在对采用混沌映射的图像加密算法研究的基础上,提出一种结合混沌映射和流密码的彩色图像加密算法。加密过程采用置乱-扩散结构:在置乱阶段首先根据输入图像初始化Kent混沌系统,再利用Kent混沌系统生成ZUC-256流密码算法的初始密钥和初始向量,ZUC-256算法随后生成随机序列对彩色图像进行R、G、B三轮像素值置乱。在扩散阶段同时使用Kent混沌系统和ZUC-256流密码算法生成的随机序列对输入图像的像素值进行扩散。仿真结果显示,提出的算法具有加密算法简单、密钥空间大等特点,能较好地抵抗差分分析攻击、统计特性攻击。     

一种改进logistic方程的图像加密新算法

提出了改进的logistic混沌方程和新的图像加密算法。改进的混沌方程对比logistic混沌方程具有更大的密钥空间,而且所生成的混沌序列的互相关性、敏感性等密码特性更好。新的图像加密算法是运用密码学原理设计的随机加密算法,理论上安全空间非常大。理论分析和计算机仿真实验表明该方程和该算法结合的加密机制具有更好的加密效果和安全性,能有效抵抗暴力攻击、已知明文攻击和统计分析。     

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。     

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.     

基于双混沌动态参数的单向散列算法

结合双混沌系统以及传统散列函数的优点,提出一种新的带密钥单向散列函数的构造方法。该方法将帐篷映射和Logistic混沌映射结合组成双混沌系统生成混沌序列,作为动态参数代替传统散列算法中的固定参数参与轮函数的运算并生成散列摘要。结果表明,所提方法具有较大的密钥空间,很好的单向性,初值和密钥敏感性。     

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。     

Logistic混沌映射

混沌理论是研究非线性动力学系统随时间变化的规律。由于混沌系统具有很多优良特性,便将其逐渐应用到密码学及密码分析等学科中。在简述混沌的基础上介绍了一维Logistic混沌映射由倍周期分岔达到混沌的过程,并分析了一些复杂动力学行为。最后将一维Logistic混沌映射应用到图像加密中,并通过仿真实验检验算法的安全性及优越性。     

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。     

Using RC4 and AES Key Schedule to Generate Dynamic S-Box in AES

ABSTRACT

Advanced Encryption Standard (AES) block cipher system is widely used in cryptographic applications. Substitution boxes (S-boxes) are a keystone of modern symmetric cryptosystems which bring nonlinearity to the cryptosystems and strengthen their cryptographic security. The S-box component used in classic AES is fixed and not changeable. If the S-box is generated dynamically, the cryptographic strength of AES cipher system would be increased. In this article, we use RC4 and AES Key Expansion algorithms to generate dynamic S-box for AES. The purpose of the proposed approach is to generate more secure S-boxes. The generated S-box will have better results in security analysis. To examine the security, various tests are applied to the new S-box and the results pass all of them.     

适于软硬件实现的安全轻量S盒的设计

随着物联网的发展,轻量级分组密码算法的设计显得尤为重要。S盒是对称密码算法的关键部件。许多加密算法的硬件实现过程易受侧信道攻击,门限实现是一种基于秘密共享和多方计算的侧信道攻击对策。通过简单地对三次布尔函数中的变量进行循环移位,构建密码性质最优的4×4安全轻量S盒,并且为所构造的S盒设计了门限实现方案来抵御侧信道攻击,该方案是可证安全的。该方法构造的S盒的四个分量函数的实现电路相同,极大地降低了硬件实现的复杂度。给定S盒的一个分量,其余的三个分量可通过该分量的循环移位获得,这样大大降低硬件实现成本,易于快速软件实现。     

Fast S-box security mechanism research based on the polymorphic cipher

In this study we propose a new design method for fast S-box construction. Its security is dependent upon the length of pseudorandom numbers generated by two communication parties. As the S-box is being built, we demonstrate that Boolean functions play an important role in the design of both block and stream ciphers. To satisfy a variety of cryptographic test methods, such as strict avalanche criterion (SAC), bit independence criterion (BIC), and nonlinearity, we apply polymorphic cipher (PMC) theory to the permutation function construction. Correlations among the test criteria in a real network environment are also evaluated.     

基于非S盒变换的DES分组密码的改进

通过对分组密码安全性设计的分析,针对DES分组密码的不足进行改进,设计了一种基于非S盒变换的变种DES,用随机数产生S盒的排列顺序,通过对密钥和S盒顺序的交替移位,使所有的明文采用不同的密钥加密或不同的S盒处理,任意两组相同的明文加密后都会产生不同的密文,从而实现牢不可破的"一次一密"的密码体制.     

基于AES和DES算法的可重构S盒硬件实现

密码芯片的可重构性不仅可以提高安全性，而且可以提高芯片适应性．S盒是很多密码算法中的重要部件，其可重构性对密码芯片的可重构性有重大影响．文章在分析AES和DES算法中S盒硬件实现方法的基础上，利用硬件复用和重构的概念和相关技术，提出了一种可重构S盒（RC-S）结构及其实现方法．实验结果表明RC-S可用于AES算法和DES的硬件实现．基于RC-S的AES、DES密码模块规模分别是AES、DES模块的0．81／1．13，性能分别是DES／AES的0．79／0．94．     

基于APN置换的分组密码S盒研究

S盒是分组密码中唯一非线性部件,S盒的密码强度决定了整个密码算法的安全强度。输入变量为偶数的APN置换函数是构造分组密码S盒的最佳选择,寻找这种函数一直是一个公开问题。利用输入变量为6的APN置换函数的最新研究成果,应用仿射置换变换设计出6位的APN S盒,再应用动态S盒的设计思想,实现一种主流的8位S盒。