混沌偽隨機(jī)序列及其應(yīng)用研究

目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與課題意義 1
1.2 主要研究內(nèi)容及成果 3
1.3 本書組織結(jié)構(gòu) 4
第2章 混沌理論基礎(chǔ) 6
2.1 混沌研究的歷史 6
2.2 混沌的數(shù)學(xué)定義 8
2.3 混沌的主要特性 9
2.4 混沌吸引子的刻畫 10
2.4.1 Lyapunov指數(shù)法 10
2.4.2 Poincare截面法 12
2.4.3 功率譜分析法 13
2.4.4 分維數(shù)分析法 13
2.4.5 測度熵法 15
2.5 常見的混沌系統(tǒng) 15
2.5.1 離散混沌系統(tǒng)模型 16
2.5.2 連續(xù)混沌系統(tǒng)模型 19
2.5.3 時(shí)滯混沌系統(tǒng)模型 22
2.6 本章小結(jié) 23
第3章 偽隨機(jī)序列理論基礎(chǔ) 24
3.1 引言 24
3.2 偽隨機(jī)序列發(fā)展概述 24
3.3 偽隨機(jī)序列定義 25
3.3.1 隨機(jī)性的定義 25
3.3.2 偽隨機(jī)序列發(fā)生器的數(shù)學(xué)定義 26
3.4 典型的偽隨機(jī)序列發(fā)生器 27
3.4.1 線性同余發(fā)生器 27
3.4.2 基于二進(jìn)制存儲的偽隨機(jī)發(fā)生器 28
3.4.3 基于數(shù)論的偽隨機(jī)序列發(fā)生器 29
3.5 混沌偽隨機(jī)序列發(fā)生器原理 29
3.5.1 熵及其在隨機(jī)序列中的應(yīng)用 29
3.5.2 基于混沌系統(tǒng)的偽隨機(jī)序列發(fā)生器的可行性 30
3.6 偽隨機(jī)序列性能指標(biāo) 32
3.6.1 周期性 32
3.6.2 游程特性 33
3.6.3 線性復(fù)雜度 33
3.7 偽隨機(jī)檢驗(yàn)規(guī)則 34
3.8 偽隨機(jī)序列檢驗(yàn)方法 36
3.8.1 測試統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ) 36
3.8.2 NIST隨機(jī)序列測試方法 39
3.9 本章小結(jié) 42
第4章 一種基于SNP-PLCM的偽隨機(jī)序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)與分析 43
4.1 引言 43
4.2 區(qū)間數(shù)目參數(shù)化PLCM 44
4.2.1 混沌映射的選擇 44
4.2.2 區(qū)間數(shù)目參數(shù)化PLCM特性分析 45
4.3 偽隨機(jī)序列發(fā)生器的設(shè)計(jì) 51
4.3.1 混沌偽隨機(jī)序列發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 51
4.3.2 控制參數(shù)擾動(dòng)策略 52
4.3.3 輸出序列擾動(dòng)策略 53
4.4 偽隨機(jī)序列性能分析 53
4.4.1 0-1平衡性 54
4.4.2 長周期循環(huán) 55
4.4.3 復(fù)雜度和相關(guān)特性 56
4.5 偽隨機(jī)序列性能仿真實(shí)驗(yàn) 56
4.5.1 0-1平衡性檢驗(yàn) 56
4.5.2 序列檢驗(yàn) 57
4.5.3 游程特性 57
4.5.4 相關(guān)特性 58
4.5.5 線性復(fù)雜度 59
4.6 本章小結(jié) 59
第5章 一種基于混沌動(dòng)態(tài)S盒的快速序列密碼算法 60
5.1 密碼學(xué)的基本概念 60
5.1.1 對稱密鑰密碼系統(tǒng) 60
5.1.2 公開密鑰密碼系統(tǒng) 61
5.1.3 密碼分析類型 62
5.2 密碼系統(tǒng)的安全理論 63
5.2.1 完全保密系統(tǒng) 63
5.2.2 密碼系統(tǒng)的理論安全性 64
5.2.3 密碼系統(tǒng)的實(shí)際安全性 65
5.3 混沌理論與密碼學(xué)的關(guān)系 65
5.4 混沌序列密碼研究進(jìn)展 67
5.5 目前混沌序列碼存在的問題 68
5.6 混沌動(dòng)態(tài)S盒的構(gòu)造 70
5.6.1 混沌動(dòng)態(tài)S盒的研究現(xiàn)狀 70
5.6.2 S盒的數(shù)學(xué)定義 71
5.6.3 S盒的度量 71
5.6.4 動(dòng)態(tài)S盒的設(shè)計(jì) 74
5.6.5 可度量S盒的特性分析 75
5.6.6 效率分析 76
5.7 算法描述 77
5.7.1 算法框架 77
5.7.2 NLFSR的初始化 77
5.7.3 更新函數(shù)F的構(gòu)造 78
5.7.4 密鑰流生成 79
5.8 密鑰流的隨機(jī)性檢驗(yàn) 80
5.9 安全性和性能分析 81
5.9.1 密鑰空間 82
5.9.2 周期性 82
5.9.3 統(tǒng)計(jì)測試 82
5.9.4 密鑰敏感性測試 85
5.9.5 加密速度分析 86
5.10 本章小結(jié) 86
第6章 基于混沌動(dòng)態(tài)S盒的K-Hash函數(shù)構(gòu)造與分析 87
6.1 傳統(tǒng)Hash函數(shù)概述 87
6.1.1 安全的Hash函數(shù) 87
6.1.2 傳統(tǒng)的Hash函數(shù)結(jié)構(gòu) 88
6.1.3 傳統(tǒng)Hash函數(shù)安全性 89
6.2 混沌與Hash函數(shù) 90
6.2.1 混沌序列用于Hash函數(shù)的可行性 90
6.2.2 混沌Hash函數(shù)研究現(xiàn)狀 90
6.3 基于混沌動(dòng)態(tài)S盒的構(gòu)造 91
6.3.1 混沌動(dòng)態(tài)S盒的構(gòu)造 92
6.3.2 動(dòng)態(tài)查找表的構(gòu)造 92
6.3.3 算法描述 93
6.4 性能分析 95
6.4.1 密鑰敏感性分析 95
6.4.2 數(shù)據(jù)敏感性分析 96
6.4.3 “雪崩效應(yīng)”統(tǒng)計(jì)分析 97
6.4.4 碰撞性分析 98
6.5 對比分析實(shí)驗(yàn) 99
6.5.1 與其他混沌Hash函數(shù)的統(tǒng)計(jì)性能比較 99
6.5.2 與MD5和SHA-1的統(tǒng)計(jì)性能對比分析 101
6.5.3 與其他混沌Hash函數(shù)的運(yùn)算速度對比分析 102
6.5.4 與MD5、SHA-1函數(shù)的運(yùn)算速度比較分析 103
6.6 本章小結(jié) 103
第7章 一種基于分段映射的混沌保密通信 104
7.1 引言 104
7.2 混沌系統(tǒng)的符號動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用 104
7.3 隨機(jī)二進(jìn)制序列的產(chǎn)生及其作用 106
7.4 算法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 107
7.4.1 算法描述 107
7.4.2 實(shí)驗(yàn)仿真 108
7.5 分析與討論 109
7.5.1 密鑰空間分析 109
7.5.2 擴(kuò)散與混亂 109
7.6 本章小結(jié) 110
第8章 基于可置換有理函數(shù)的公鑰密碼系統(tǒng)和密鑰交換算法 111
8.1 引言 111
8.2 可置換有理函數(shù) 112
8.2.1 可置換多項(xiàng)式 112
8.2.2 可置換有理函數(shù) 112
8.3 一種新的可置換有理函數(shù) 113
8.4 公鑰密碼算法和密鑰交換算法 115
8.4.1 公鑰密碼算法 115
8.4.2 密鑰交換算法 116
8.5 結(jié)論 117
第9章 基于實(shí)數(shù)域擴(kuò)展離散Chebyshev多項(xiàng)式的公鑰加密算法 118
9.1 緒論 118
9.2 實(shí)數(shù)域擴(kuò)展離散Chebyshev多項(xiàng)式 119
9.2.1 Chebyshev多項(xiàng)式及其性質(zhì) 119
9.2.2 實(shí)數(shù)域擴(kuò)展離散的Chebyshev多項(xiàng)式 119
9.3 實(shí)數(shù)域擴(kuò)散離散的Chebyshev多項(xiàng)式的公鑰算法 120
9.4 算法性能分析 121
9.4.1 合理性分析 121
9.4.2 安全性分析 121
9.4.3 算法的可行性分析 122
9.4.4 算法效率和復(fù)雜性分析 122
9.4.5 選擇迭代初值需要注意的兩類值 122
9.5 小結(jié) 123
后記 124
參考文獻(xiàn) 127