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基于密钥交换与混沌序列密码加密的传输技术研究

发布时间:2018-06-08 23:22

  本文选题:混沌序列密码 + RSA ; 参考:《黑龙江大学》2014年硕士论文


【摘要】:我国正处信息化和经济全球化相互促进的大潮中,受到互联网的影响越来越深。网络安全与私密信息保护在诸多领域都是牵一发而动全身的,没有信息安全就无国家安全可言,因此必须要有独创性的技术,而我们在自主创新方面还相对落后,所以必须开展具有自主知识产权的密码体制和加密芯片研究。本文主要设计一种混沌序列密码与RSA公钥算法相结合的混合加密方案,在FPGA硬件开发板上实现密钥与数据双安全传输的加密系统。加密系统还包括主控制器设计、外围通信模块设计、缓存模块设计等,基本实现了数据完整、安全、无误传输。在研究这一传输技术时,采用自顶向下的研究方法,用VHDL硬件语言逐一实现各个分模块,最终整合为一个完整的加密系统。该系统的核心是用混沌序列密码加密数据,用RSA公钥算法加密初始密钥,实现公钥与私钥的相结合,达到速度与安全的平衡。在混沌序列密码生成模块中,针对一维离散混沌系统简单易实现的特点,为寻找更加优良的混沌映射,查找大量文献,采用对比的方法筛选出性能更优的混沌密钥序列。本文对比Logistic与Tent两种混沌序列的自相关特性、游程特性、平衡性和硬件资源利用率,在比较过程中提出自相关特性临界线宽的概念,使两者的区别显而易见,进而确定Logistic混沌序列性能更加优越、占用资源更少、更加符合硬件加密系统的需求。本设计的难点在于采用FPGA硬件实现RSA公钥算法,以保护初始密钥不被攻击和泄漏。在RSA算法模块中,首先深入研究RSA算法中基本的数论知识和欧几里得及其扩展定理,为后续的RSA参数生成、模乘、模幂等算法分析和VHDL编程提供思路。在硬件实现之前,先用Matlab仿真RSA加密过程,使整个RSA设计更加周密,最后在FPGA中实现RSA的顶层设计、公钥e的判断模块设计、私钥d的生成模块设计和RSA加解密模块设计。本文全部在硬件平台FPGA上实现加密系统设计,硬件加密具有速度快、保密性高的优点,是今后加密产品应用和密码学实践的一大趋势。
[Abstract]:In the tide of mutual promotion of informatization and economic globalization in China, the influence of the Internet is getting deeper and deeper. Network security and private information protection are all moving in many fields. There is no national security without information security. Therefore, we must have original technology, and we are relatively backward in terms of independent innovation. Therefore, we must carry out research on cipher system and encryption chip with independent intellectual property rights. In this paper, a hybrid encryption scheme based on the combination of chaotic sequence cipher and RSA public key algorithm is designed. The encryption system based on FPGA hardware development board is used to realize the double secure transmission of key and data. The encryption system also includes the design of main controller, peripheral communication module, buffer module and so on. In the research of this transmission technology, the top-down research method is adopted, each sub-module is realized one by using VHDL hardware language, and finally it is integrated into a complete encryption system. The core of the system is to encrypt the data with chaotic sequence cipher and to encrypt the initial key with RSA public key algorithm. The combination of public key and private key is realized, and the balance of speed and security is achieved. In the chaotic sequence cryptosystem generation module, aiming at the simple and easy realization of one-dimensional discrete chaotic system, in order to search for better chaotic mapping and find a large number of documents, the chaotic key sequences with better performance are screened by contrast method. In this paper, we compare the autocorrelation, run length, balance and hardware resource utilization of Logistic and Tent chaotic sequences. In the process of comparison, we put forward the concept of critical linewidth of autocorrelation characteristics, which makes the difference between the two kinds of chaotic sequences obvious. Then it is determined that Logistic chaotic sequence has more superior performance and less resources, which is more in line with the demand of hardware encryption system. The difficulty of this design lies in the implementation of RSA public key algorithm using FPGA hardware to protect the initial key from attack and disclosure. In the module of RSA algorithm, the basic knowledge of number theory and Euclidean and its extension theorem in RSA algorithm are studied, which provides ideas for the subsequent RSA parameter generation, modular multiplication, modular idempotent algorithm analysis and VHDL programming. Before the hardware implementation, the RSA encryption process is simulated with Matlab to make the whole RSA design more thorough. Finally, the top level design of RSA, the judgment module design of public key e, the generation module of private key d and the RSA encryption and decryption module are implemented in FPGA. This paper implements the design of encryption system on FPGA hardware platform. Hardware encryption has the advantages of high speed and high confidentiality. It is a trend of encryption product application and cryptography practice in the future.
【学位授予单位】:黑龙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O415.5;TN918.4

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本文编号:1997665

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