利用保密增强技术提高基于混沌同步密钥分发的安全性

发布时间：2017-05-27 02:07

  本文关键词：利用保密增强技术提高基于混沌同步密钥分发的安全性，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：保密通信已成为网络通信的重要研究内容。保密通信系统的安全性取决于通信双方所用的密钥以及密钥分发过程中保证密钥安全而不被窃听方窃听的能力。传统基于算法的密钥分发方案的安全性建立在较长的密钥以及复杂的算法上,其安全性属于计算安全。随着计算机技术的发展,这种基于算法的密钥分发无法满足信息论意义上的安全,因此基于物理原理的密钥分发方案被广泛地研究和讨论。量子密钥分发方案被视为无条件安全的密钥分发方案。然而,该方案尚存在一些技术难点,例如高效单光子源制备困难等。近年来,随着利用混沌激光产生高速物理随机数成为现实,基于混沌同步特性的密钥分发方案开始受到关注。基于混沌同步的密钥分发思想是利用通信双方激光器产生的零延时同步,使双方输出的类噪声混沌信号具有高相关性。通信双方从零延时同步的混沌信号中提取出相同裸钥。然而,在严苛的条件下,即假设窃听者拥有与通信双方相同的激光器的条件下,窃听者可能利用单向耦合的方式与合法通信方实现同步,进而窃取部分密钥信息。因此,基于混沌同步的密钥分发方案的安全性亟待提高。本文利用基于物理随机码的保密增强方案来提高基于混沌激光同步密钥分发的安全性。该方案无需增加系统复杂性,只需采用universal哈希函数对裸钥进行保密增强处理,便可有效解决窃听者通过单向耦合方式与合法通信方时序信号同步的窃听问题,从而提高混沌密钥分发系统的安全性。主要工作如下:1.介绍了保密通信,以及安全的密钥分发在保密通信中的重要作用。总结了基于算法的密钥分发和量子密钥分发的研究现状。综述并总结了基于混沌同步特性的密钥分发方案,并分析了现有方案的安全性。2.建立了基于互耦合光反馈混沌激光同步密钥分发方案模型,分析了通信双方半导体激光器的频率失谐、反馈强度、耦合强度对双方同步的影响。数值模拟了通信双方的零延时同步,并从双方零延时同步的混沌时序信号中提取出相同的裸钥。对合法通信方和窃听者的单向耦合同步进行了模拟分析,进而分析了裸钥的安全性,并提出了对裸钥进行保密增强的必要性。3.对保密增强问题进行了描述并介绍了用于本文保密增强过程的哈希函数。进而提出基于物理随机码的保密增强方案。具体而言,利用随机码构建universal哈希函数并对不安全的裸钥进行了保密增强程序处理,产生了安全密钥。数值结果表明,经保密增强处理后,合法通信方密钥与窃听者的密钥间的互相关系数下降了一个数量级;信息泄露量最高仅为10-5 bit量级;窃听者对安全密钥比特的平均正确窃听概率接近于零信息泄露量概率值0.5。密钥安全性得到保证。最后,采用基于FFT变换的保密增强加速算法进行保密增强,减少保密增强处理耗时。
【关键词】：保密通信 密钥分发 混沌同步 保密增强
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 保密通信简介10-11
• 1.2 基于算法的密钥分发的发展状况11-12
• 1.3 量子密钥分发方案研究现状12-13
• 1.4 基于混沌同步的密钥分发方案研究现状13-16
• 1.5 本文研究目的及内容安排16-20
• 1.5.1 本文的研究目的16-17
• 1.5.2 本文内容安排17-20
• 第二章 基于互耦合混沌激光同步的密钥分发模型20-36
• 2.1 引言20-21
• 2.2 模型的建立21-23
• 2.3 互耦合光反馈半导体激光器混沌同步的模拟分析23-27
• 2.3.1 频率失谐对同步的影响23-24
• 2.3.2 反馈强度对同步的影响24-26
• 2.3.3 耦合强度对同步的影响26-27
• 2.4 裸钥的产生27-29
• 2.5 基于互耦合混沌激光同步密钥分发的安全性分析29-33
• 2.6 本章小结33-36
• 第三章 面向基于互耦合混沌同步密钥分发的保密增强36-58
• 3.1 保密增强的问题描述36-39
• 3.2 保密增强算法中哈希函数的选取39-43
• 3.2.1 universal哈希函数39-41
• 3.2.2 保密增强中适用的universal哈希函数41-43
• 3.3 基于H3 universal哈希函数的保密增强43-53
• 3.3.1 保密增强方案43-44
• 3.3.2 程序实现44-47
• 3.3.3 保密增强结果分析47-53
• 3.4 基于FFT变换的加速方案53-55
• 3.5 本章小结55-58
• 第四章 总结与展望58-60
• 4.1 本文工作总结58-59
• 4.2 对未来的展望59-60
• 参考文献60-66
• 致谢66-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文68

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本文编号：398599