基于FPGA改进混沌序列方法研究及加密系统设计

发布时间：2017-10-15 13:09

  本文关键词：基于FPGA改进混沌序列方法研究及加密系统设计

  更多相关文章： 混沌加密 FPGA USB加密 AES算法 Chen超混沌

【摘要】：高速发展的信息时代使数据加密的必要性日益突显,混沌加密是当今加密领域的研究热点,使用混沌系统与传统加密算法相结合可以提升算法的安全性,但是此安全性严重依赖于混沌序列特性,因此研究改善混沌序列的方法是非常必要的。本文在研究有限精度对混沌序列的影响后,提出了一种改善混沌序列随机性的新方法——周期性随机参数扰动法。通过周期性对混沌参数施加随机的扰动,使混沌系统更复杂,序列更具随机性。本文通过大量实验分析验证了周期性随机参数扰动法的可行性,证明了此方法对于有限精度下的混沌序列随机性有明显的改善效果。之后将此方法应用于Chen超混沌系统并和AES算法相结合设计了一种改进的AES算法。在FPGA平台上设计了具有完备端口和合理时序的改进型AES算法模块。同时,将设计完成的改进型AES算法模块应用于实际,最终实现了一个完整的USB加密解密系统。
【关键词】：混沌加密 FPGA USB加密 AES算法 Chen超混沌
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918.4;O415.5
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 论文研究背景及意义8
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势8-10
• 1.3 论文研究内容和结构安排10-12
• 第2章 混沌理论基础与AES算法介绍12-20
• 2.1 混沌和超混沌12-13
• 2.1.1 混沌的定义及其基本特征12-13
• 2.1.2 超混沌13
• 2.2 混沌的分析方法13-15
• 2.3 混沌在密码学中的应用15-16
• 2.4 AES算法介绍16-19
• 2.4.1 AES算法流程介绍16-17
• 2.4.2 AES算法的四个基本操作17-18
• 2.4.3 AES算法的密钥扩展方案18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第3章 改进混沌序列方法研究20-39
• 3.1 数字混沌序列的生成20-23
• 3.1.1 数字混沌序列的生成方法20-21
• 3.1.2 本文涉及的几种混沌的方程21-23
• 3.2 序列随机性检验方法23-24
• 3.3 有限精度问题的研究24-27
• 3.3.1 有限精度问题对混沌特性和序列随机性的影响24-26
• 3.3.2 解决有限精度问题采用的方法26-27
• 3.4 周期性随机参数扰动法的设计27-29
• 3.5 周期性随机参数扰动法效果分析29-36
• 3.5.1 自相关测试30-31
• 3.5.2 Lyapunov指数31-32
• 3.5.3 初始参数敏感性32-33
• 3.5.4 谱熵复杂度分析33-35
• 3.5.5 序列随机性检验35
• 3.5.6 周期性随机参数扰动法效果总结35-36
• 3.6 改进超混沌随机序列发生器的设计36-38
• 3.6.1 改进超混沌随机序列发生器的设计36-37
• 3.6.2 改进超混沌随机序列发生器生成序列的随机性检验37-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第4章 基于超混沌的AES算法设计及FPGA实现39-60
• 4.1 混沌参数、初值和AES算法密钥的设置39-40
• 4.2 基于Chen超混沌系统的密钥扩展方案设计40-41
• 4.3 FPGA开发环境介绍41-42
• 4.4 硬件整体结构设计42-46
• 4.4.1 改进型AES加解密模块功能设计42-45
• 4.4.2 改进型AES加解密模块端.设计45-46
• 4.5 系统各子模块设计46-57
• 4.5.1 基于改进Chen超混沌系统的随机序列发生器模块设计46-48
• 4.5.2 AES算法模块设计48-56
• 4.5.2.1 列混合变换模块设计48-49
• 4.5.2.2 逆列混合预处理模块设计49-51
• 4.5.2.3 字节替换与逆字节替换模块设计51-53
• 4.5.2.4 轮密钥加模块的设计53-54
• 4.5.2.5 其他一些小模块的设计54-55
• 4.5.2.6 AES算法模块顶层电路图55-56
• 4.5.3 输入输出寄存器模块设计56
• 4.5.4 顶层电路图设计56-57
• 4.6 仿真测试57-59
• 4.7 本章小结59-60
• 第5章 USB加密解密系统的FPGA实现60-77
• 5.1 整体结构设计60-66
• 5.1.1 整体结构分析与设计60-62
• 5.1.2 USB芯片功能和时序分析62-64
• 5.1.3 SRAM芯片功能和时序分析64-66
• 5.2 系统各子模块设计66-72
• 5.2.1 CH376芯片控制模块的设计66-69
• 5.2.2 SRAM芯片控制模块的设计69-70
• 5.2.3 其他子模块及顶层电路图设计70-72
• 5.3 上位机软件设计72-73
• 5.4 硬件测试73-76
• 5.4.1 系统操作说明73-74
• 5.4.2 测试结果分析74-76
• 5.5 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-84
• 致谢84-85
• 攻读学位期间科研成果85

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本文编号：1037290