基于混沌的密码算法设计

来源:用户上传      作者: 程志山

　　摘要：混沌系统对初始条件极端敏感，由于系统内部存在随机性，经过多次迭代后，会产生大量的类似随机数且较宽频谱具有优良的密码学性能的序列。
　　本文的工作重点是用logistic公式产生的随机数来设计混沌加密算法，对混沌序列进行“折叠”处理，再根据哈夫曼树编码对其数值化，较大保留了混沌序列的伪随机性，作为原始的密钥。然后针对不同加密强度的需求设计“一组一密”加密算法。
　　关键词：混沌;解密;数据加密;加密算法
　　
　　 一、“一组一密”算法设计
　　本文“一组一密”算法的思想是：通过一定的方法从logistic公式产生的混沌序列中提取出64位的密钥序列，将其折叠分割，用其组成分组密码算法的子密钥，使用分组密码算法对明文进行加密，每加密一组明文更换一组密钥，实现“一组一密”。
　　对于传统的“一组一密”对明文的块的划分是固定的，而本文算法的思想是让64位的密钥多次折叠后成为分组密钥中的子密钥，同时明文的块的划分，随着密钥的多次折叠变化而变化。
　　对十进制的十个元素进行哈夫曼编码。如表（1.1）得到十个数的不同字符编码。
　　
　　
　　（2）明文以32位4字节为一组。需要折叠1次，折叠1次得到2个子密钥。
　　
　　
　　这样根据密码折叠的次数越多，加密的强度也越大，要破译的难度也越大。由上面的四种分组加密的方法做分析。
　　
　　
　　根据本文“一组一密”算法的设计，下面我们用下面的流程图来实现具体的整个加密和解密过程。
　　一组一密加密过程。
　　
　　
　　二、混沌序列数值化分析
　　对一篇2000字符的文章进行十次不同密钥加密后的结果进行分析，明文ASII2码中0和1的个数，以及经过不同的混沌加密方式相同的密码进行加密后，0和1的个数。明文和密文ASII2码中0和1的个数
　　
　　
　　对表1.3行分析，得到以下结果
　　1、4种不同的混沌加密方法均可以减少明文中0与1的个数差距。
　　2、密文中0与1的比例在减少即意味着该混沌加密算法防止统计分析攻击。
　　通过上面的结论可得，该混东加密能够将文章中的内容“混淆”到密文中，而使统计学无法发挥作用，使其无法统计。
　　三、字符分布分析
　　对一篇2000字符的文章的字符加密前ASCII码分布进行分析，加密前字符分布情况。
　　
　　
　　2000字符的文章的字符加密后ASCII码分布进行分析，加密后字符分布情况。
　　
　　
　　对一篇长度约2000字符的英文文章的字符出现频率所作的统计图，图1.5给出相应加密文的字符出现频率图。明文字符主要为小写英文字符和空格符;而用本文算法加密后相应的密文字符却比较均匀地分布在ASCII码值0-127的整个字符空间，在ASCII码值128-255空间内几乎没有分布。可见本加密算法产生的密文均匀地扩散到这个空间中。因此，密文将具有较强的抗统计分析攻击的能力。
　　
　　参考文献：
　　【1】 李海泉，李键.计算机网络安全与加密技术.科学出版社,2003.11.
　　【2】管春阳，高飞.一种基于混沌序列的加密算法.北京理工大学学报，2003，23(3):363-366.

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