轻量级混沌分组密码研究

发布时间：2017-06-19 07:05

  本文关键词：轻量级混沌分组密码研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为对称密码体制中的一个重要分支,分组密码不但在信息与网络安全中的数据加密方面扮演着重要角色,而且在消息认证、密钥管理等领域也有着核心的应用。随着物联网的兴起、智能卡的大量应用,应用在资源有限环境中的轻量级分组密码成为了人们研究的热点。本文结合混沌系统,研究了轻量级混沌分组密码的设计、分析等内容,主要工作包括以下几个方面：(1)总结了分组密码算法设计、分析及混沌映射的一些基本理论。首先介绍了分组密码的一般数学模型和设计时要遵循的一些基本原则。其次,对差分分析、线性分析等常用的分组密码安全分析方法和分组密码的五种工作模式行了回顾。最后,对混沌系统与现代密码学之间的联系进行了说明并归纳了几种常见的混沌映射模型及其离散化整数化的方法。(2)结合混沌系统与现代分组密码中经典的密码结构,提出了一种基于广义Feistel结构的的混沌分组密码算法,算法在同一轮中采用了两个不同的轮函数,提高了算法的安全性,两个轮函数的精简设计,使得算法能够以较少的运算获得较好的混淆和扩散法特性,同时在各分支之间采用了基于离散二维猫映射的混合变换,加快了各组之间数据扩散的速度,理论和实验结果表明,算法达到了较好的混淆扩散效果并具有较好的密钥敏感特性。(3)针对原算法轮函数内扩散层及混合变换的分支数未达到最优的情况,提出了一种基于循环移位异或思想的新的扩散层的设计方法,并对混合运算和密钥编排进行了改进优化,同时,对算法抵抗差分和线性攻击的能力进行了安全分析,并用统计测试的方法评估了算法的混淆和扩散性能。此外,还对算法进行了FPGA仿真,通过仿真对算法的硬件资源占用情况进行了估算。结果表明,该算法资源占用较少,运算效率较高。最后,全面总结了论文的工作,并展望了以后的研究工作。
【关键词】：混沌映射 轻量级 分组密码 广义Feistel结构
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O415.5;TN918.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究的背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 分组密码的研究现状12-15
• 1.2.2 混沌分组密码的研究现状15-17
• 1.3 主要研究内容及论文组织结构17-18
• 第2章 分组密码与混沌系统的基本理论18-32
• 2.1 分组密码基本知识18-25
• 2.1.1 分组密码的一般模型18
• 2.1.2 分组密码的设计原则18-19
• 2.1.3 分组密码的整体结构19-21
• 2.1.4 分组密码的工作模式21-24
• 2.1.5 分组密码常见的分析方法24-25
• 2.2 混沌与密码学25-31
• 2.2.1 混沌定义及其基本特征25-26
• 2.2.2 混沌理论和密码学的关系26-27
• 2.2.3 常见混沌及其整数离散化方法27-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第3章 轻量级混沌分组密码的设计32-42
• 3.1 基于广义Feistel的轻量级混沌密码算法32-36
• 3.1.1 整体结构32-33
• 3.1.2 轮函数的设计33-35
• 3.1.3 线性混合变换35-36
• 3.2 密钥的生成36-38
• 3.2.1 混沌映射的选择及其离散化方法36-37
• 3.2.2 白化密钥和轮密钥的生成37-38
• 3.3 算法的仿真与分析38-41
• 3.3.1 算法混淆和扩散效果分析38-39
• 3.3.2 密钥敏感性分析39-40
• 3.3.3 密钥空间分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 轻量级混沌分组密码的优化与分析42-62
• 4.1 优化算法描述42-46
• 4.1.1 基于SPS结构的轮函数F43-44
• 4.1.2 基于环映射的混合变换MT44-45
• 4.1.3 密钥扩展算法45-46
• 4.2 算法安全性能分析46-55
• 4.2.1 扩散层扩散性能分析46-48
• 4.2.2 混合变换MT扩散性能分析48
• 4.2.3 S盒相关安全分析48-49
• 4.2.4 差分/线性密码分析49-51
• 4.2.5 算法混淆和扩散性能分析51-55
• 4.3 算法的硬件仿真55-62
• 4.3.1 算法仿真平台简介55-56
• 4.3.2 硬件实现的方式56-59
• 4.3.3 硬件仿真结果59-60
• 4.3.4 算法硬件资源占用分析60-62
• 总结与展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 成彬;王冬艳;韩宪生;胡波;;密码算法中的循环移位“异或”运算实质性研究[J];微型机与应用;2011年11期

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本文编号：461763