[发明专利]具有均匀分布特征的多维伪随机序列快速并行生成方法

说明书

技术领域

本发明属于网络、通信与信息安全技术领域，尤其是公开了一种基于耦合帐篷映像系统快速获得均匀分布的多维伪随机序列的方法。

背景技术

伪随机数发生器是一种重要的密码源，是各国军事、政治和外交等领域广泛使用的密码技术。利用伪随机数发生器把明文转换成连续比特流再加密，具有密钥的生产使用和管理简化、加解密速度快，错误扩散小、硬件实现简单和实时性好等优点，从而广泛的应用于密码系统。

在计算机技术迅速发展的今天，传统的伪随机数发生器存在的缺陷也越来越明显，如密钥的周期较短，相关性较大等。传统的伪随机数发生器广泛采用的是m-序列以及以m-序列为基础的改进序列，但是m-序列的线性复杂度较低，存在被破译的可能性，理论上已经证明，只要知道m-序列中的任意2n位即可确定整个m-序列。在传统序列密码体制出现种种难以弥补的缺陷和不足的情况下，混沌伪随机数发生器作为一种新型的序列密码体制应运而生。

混沌信号具有高度不可预测性和伪随机特性，这是确定论混沌系统最具吸引力的特性，它可以导致最新的工程方面的应用。由于混沌系统具有对变量和参数的变化敏感等许多符合密码学要求的特性，近年来将其用于信息加密已成为密码学界普遍关注的问题。混沌系统与传统的密码学算法的一个重要区别是混沌系统界定在实数域上。在有限精度实现的情况下，数字化混沌系统的动力学特性相对连续系统而言存在严重的退化。为使基于混沌的加密算法真正走向实际应用，就要用密码学的观点来审视数字化混沌系统的安全性，设计完全符合密码学要求的安全混沌系统。

目前所研究的一些典型的混沌系统中，以帐篷映射为代表的一类分段线性映射具有均匀分布特性，但由这类低维混沌系统产生的截尾混沌序列的相邻值之间具有非常强的相关性，初态的低比特位对若干输出信号的影响不大，利用这个特性可以对混沌密码进行分割攻击,另外，还存在密钥空间小及在某些初值下输出序列只有很短的周期等安全缺陷。

耦合帐篷映象格子模型(Coupled Tent Map Lattices，CML)是高维时空混沌系统的典型例子，它通过对帐篷映射的耦合来实现，可以大大提高系统的复杂性,从而有利于提高系统的安全性。然而，令人遗憾的是，它用帐篷映射作为格点的非线性函数，却不再具有帐篷映射的均匀分布特性，另外，它仍不能完全满足密码算法的设计要求。用TD-ERCS混沌系统构造的伪随机数发生器，需要通过一个反余弦函数和一个反正切函数变换才具有均匀分布的特性，影响了计算速度。对现有伪随机发生器的输出进行序列均匀化处理，也是一种生成均匀分布的伪随机序列的有效方法，但这种处理方法无疑增加了运算量。

发明内容

根据背景技术所述，本发明的目的是提供一种基于耦合帐篷映象系统快速并行产生均匀分布的伪随机序列的方法。

本发明的方法是按照密码学的安全性要求，对经典的耦合映象格子模型(CML)进行改进，取消其扩散系数，增加常数项，通过取模运算将其格点值限定在[0,1]内, 实现了一个具有均匀分布特征的新型的耦合帐篷映象格子系统。它继承了CML模型的耦合扩散机理及并行迭代特征，通过局部格点帐篷映射的拉伸与折叠及取模运算的双重非线性作用,使得系统状态走向各态遍历，克服了CML模型安全性上的不足，可以并行快速生成多维具有均匀分布特性的伪随机序列。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具有均匀分布特征的多维伪随机序列快速并行生成方法，其特征在于： 

(1) 用户密钥及密钥转换：