[发明专利]基于Logistic混沌映射转移轨道判决的序列密码生成系统

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。

背景技术

随着电子技术和信息技术飞速发展，信息安全，特别是通信系统信息安全引起人们的重视。在数字化、网络化与智能化的通信系统中，通信设备的集成需要一种由特殊的密钥序列发生器组成的序列密码参与密码核运算，配合一系列非线性程度高、无限周期、统计性良好的密钥序列保障通信系统的安全性。

上世纪80年代以来，针对密钥序列发生器的设计和研究得到重视，研究人员设计出大量具有高复杂性、功率谱接近噪声、难以破译的随机序列。上世纪90年代后，人们发现混沌系统的内随机性、遍历性和初值敏感等特性与传统的密码学应用存在惊人的相似。给定初值条件的混沌系统相邻迭代点经有限次迭代后得到完全不同序列的混沌特性，逐渐改变了人们对确定系统的传统认识。由于混沌系统具有良好统计特性和复杂性，这种由微小变化可引起的不同计算结果的特性使得混沌系统极大地满足了加密应用对序列密码的需求，人们期望通过研究混沌系统的理论特性找到适合生成具有良好随机特性的非线性密钥序列发生器。1999年，T.Kohda明确指出混沌系统生成的序列具有良好的随机特性，可作为密钥序列发生器。正是由于确定系统构造的密钥序列具有长周期、宽密钥空间、高复杂度等优势，混沌密钥序列发生器表现出较强的复杂性和非线性特征，使得混沌加密系统密钥序列具有更加难以破译的特点。

随着混沌理论研究的深入和加密应用的广泛开展，混沌系统的缺陷逐渐被科研人员发现，为克服有限计算精度对混沌系统随机特性弱化的影响，研究者利用扰动法、数字信号处理方法、数据挖掘等方法增强混沌系统的随机性，克服混沌密钥序列的短周期和弱随机现象。在保密通信应用领域，人们致力于研究加密速度快、保密性强、与数字化设备兼容的数字混沌序列发生器，使得混沌序列密码适应更广泛的应用领域。

自T.Kohda证实混沌系统适于密码系统应用后，一些研究者利用频率测试、游程测试、离散傅里叶变换谱测试、线性复杂度测试等测试指标来研究混沌序列密码，并以统计分析结果做为混沌系统加密应用提供科学和安全依据，这些通过混沌序列密码随机测试，统计分析结果表现良好的随机数生成器被大量用来进行加密运算。然而，混沌系统并非真随机系统。随着混沌系统在密码学领域的应用扩展，混沌系统的短周期和弱随机现象，使得混沌序列密码的安全性成为研究者们关注的重点，如何判定这种由确定系统产生非线性序列的伪随机性和安全性对于通信系统和加密系统的安全性及其重要。混沌理论研究者通过对不同混沌方程的混沌特性进行研究和实验观测，发现数字混沌系统具有整体稳定局部不稳定、初值敏感、各态遍历性等特性。人们通过观察得出混沌序列局部存在一些可度量的短序列成周期性反复出现，在放大混沌序列自相关间隔峰值内部结构时，一些类似周期却又不同于传统周期定义的峰值反复重现，这些现象的统计特征很难依靠现有的周期检测方法和随机性检查方法发现。在混沌序列密码应用中，这类现象容易成为攻击者对信息应用的攻击目标，是破坏混沌序列密码随机性的危险因素。

实际应用中，混沌序列密码不同于传统的密钥序列，通过随机数测试集无法观察混沌序列密码的内部结构，无法判定局部不稳定性和序列内部元素之间的联系，特别是对于由计算精度引发的多种周期现象和混沌量化引发的序列局部不平衡现象，目前还缺乏科学的测量方法，找到一种适于分析和检测混沌序列密码局部范围内序列随机性的方法，提供一种良好的混沌序列测试方案，降低混沌序列密码存在的安全隐患具有一定的研究意义。

作为混沌理论研究的重要分支，基于混沌系统的随机数发生器一直是人们研究和关注的重要内容。人们研究安全加密系统的过程中，既需要混沌这种确定系统生成序列的不确定性和随机性，又需要生成的混沌随机数生成器具有较强的抗攻击性。在上述研究中已经通过对混沌序列密码周期性的验证和检测发现，现有的混沌序列生成器生成的混沌序列密码都不可避免的具有大量的局部周期现象，这也证实了数字混沌序列内部的不稳定性和局部随机性弱化的问题。即利用数字系统实现混沌运算时，混沌系统的时域值受到有限精度和量化方法的影响，由于迭代运算引入了量化误差，计算精度和量化误差之间对混沌序列密码的影响尚无确定的估计和比较方法。