發(fā)布時間：2018-07-24 07:45

【摘要】：科學技術(shù)與信息化進程的蓬勃興起,給全球帶來了信息技術(shù)飛速發(fā)展的契機。人們在享受信息網(wǎng)絡(luò)所帶來的巨大利益的同時,也面臨著信息安全的巨大挑戰(zhàn)。圖像作為信息的重要載體及傳輸媒介,其安全性受到了越來越多的關(guān)注。信息安全的核心工具是加密。隨著通信環(huán)境的日趨復雜和破譯能力的不斷提升,一些傳統(tǒng)密碼算法被攻破或安全性受到威脅,需要更先進的密碼設(shè)計理論和創(chuàng)新技術(shù)�；煦绲陌l(fā)現(xiàn)堪稱20世紀物理學界的第三次革命�；煦鐒恿�學的一些特征與密碼學的要求相吻合,混沌密碼學成為密碼學領(lǐng)域的熱門課題之一1975年,Li-Yorke首次用數(shù)學語言定義了混沌術(shù)語,提出了周期三蘊含混沌的著名定理。2009年,周海玲和宋恩彬利用Li-Yorke定理提出并證明了一個有關(guān)2次多項式的混沌魯棒定理。2015年,楊秀萍等人提出并證明了一個有關(guān)3次多項式的混沌魯棒性定理。1999年,Banerjee等人提出了二維分段光滑映射標準型的混沌魯棒定理。2001年,Andrecut等人提出了S單峰映射的混沌魯棒定理。2013年,閔樂泉和陳關(guān)榮提出一個基于d比特密鑰流的圖像加密方案SESAE,該方案具有密鑰雪崩效應(yīng),增加了破譯者的難度。本文基于前人的工作,對離散混沌系統(tǒng)的魯棒性、偽隨機數(shù)發(fā)生器、雪崩圖像加密方案進行了研究。本文主要研究成果和創(chuàng)新點如下：(1)關(guān)于幾類離散混沌系統(tǒng)的魯棒性研究本文基于Li-Yorke混沌判別定理和S單峰映射的混沌判別定理,提出了構(gòu)造一維分段非線性映射的魯棒混沌定理和3次多項式映射的魯棒混沌定理。通過改進二維分段光滑映射標準型的混沌魯棒定理,本文提出了二維分段光滑映射標準型的等價混沌判別定理,給出構(gòu)造四維離散混沌映射的必要條件,為構(gòu)造混沌系統(tǒng)提供了理論證明,為混沌應(yīng)用提供了新的工具。(2)關(guān)于偽隨機數(shù)發(fā)生器的設(shè)計與性能檢測本文基于新提出的離散系統(tǒng)魯棒混沌定理、三角函數(shù)和混沌廣義同步定理,構(gòu)造了6個新的離散混沌廣義同步系統(tǒng)。利用這6個離散混沌廣義同步系統(tǒng),本文優(yōu)化設(shè)計了6個具有大密鑰空間的混沌偽隨機數(shù)發(fā)生器(CPRNGs).利用改進的美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)公布的FIPS 140-2和SP800-22檢測標準對CPRNGs和RC4算法、ZUC算法的偽隨機性能進行檢測。檢測結(jié)果顯示CPRNGs的隨機性能與RC4算法和ZUC算法相當,其中2個CPRNGs的SP 800-22檢測的14-15項檢測結(jié)果優(yōu)于RC4算法和ZUC算法。(3)雪崩圖像加密方案的研究本文提出一個具有密鑰雪崩與明文雪崩的流加密方案和一個塊加密雪崩方案,推廣了有關(guān)具有雪崩效應(yīng)的圖像加密方案SESAE 的勺研究工作。
[Abstract]:The vigorous rise of science and technology and information technology has brought the opportunity of the rapid development of information technology to the whole world. While enjoying the enormous benefits brought by the information network, people are also faced with the enormous challenge of information security. As an important carrier and transmission medium of information, the security of image has been paid more and more attention. The core tool of information security is encryption. With the increasing complexity of communication environment and the improvement of decoding ability, some traditional cryptographic algorithms are compromised or their security is threatened, which requires more advanced cryptographic design theory and innovative technology. The discovery of chaos is the third revolution in physics in the 20 th century. Some characteristics of chaotic dynamics coincide with the requirements of cryptography. Chaotic cryptography has become one of the hot topics in cryptography. In 1975, Li-Yorke first defined the term of chaos in mathematical language, and put forward a famous theorem of chaos in three cycles. Zhou Hailing and Song Enbin put forward and proved a chaotic robust theorem about quadratic polynomials by using Li-Yorke theorem. Yang Xiuping and others proposed and proved a chaotic robustness theorem for cubic polynomials. In 1999, Banerjee et al proposed a chaotic robust theorem for standard forms of two-dimensional piecewise smooth mappings. In 2001, Andrecut et al proposed a chaotic robust theorem for S unimodal mappings. Min Lequan and Chen Guanrong proposed an image encryption scheme SESAE based on d bit key stream which has the effect of key avalanche and increases the difficulty of deciphers. Based on the previous work, the robustness, pseudo random number generator and avalanche image encryption scheme of discrete chaotic systems are studied in this paper. The main achievements and innovations of this paper are as follows: (1) the robustness of some discrete chaotic systems is studied in this paper based on Li-Yorke chaos discrimination theorem and chaotic discriminant theorem of S unimodal mapping. A robust chaos theorem for constructing one-dimensional piecewise nonlinear mappings and a robust chaos theorem for cubic polynomial mappings are presented. By improving the chaos robust theorem of the standard form of two-dimensional piecewise smooth mapping, this paper presents the equivalent chaos discrimination theorem for the standard form of two-dimensional piecewise smooth mapping, and gives the necessary conditions for constructing four-dimensional discrete chaotic mapping. This paper provides a theoretical proof for constructing chaotic system and a new tool for chaotic application. (2) the design and performance detection of pseudorandom number generator is based on the new robust chaos theorem of discrete system. Six new discrete chaotic generalized synchronization systems are constructed by trigonometric functions and chaotic generalized synchronization theorems. Using these six discrete chaotic generalized synchronization systems, this paper optimizes the design of six chaotic pseudorandom number generators (CPRNGs).) with large key space. The pseudorandom performance of CPRNGs and RC4 algorithm is tested by using the improved FIPS 140-2 and SP800-22 detection standards published by (NIST) of the National Institute of Standards and Technology. The results show that the random performance of CPRNGs is comparable to that of RC4 algorithm and ZUC algorithm. The 14-15 items detected by SP800-22 of two CPRNGs are superior to those of RC4 and ZUC. (3) A stream encryption scheme with key avalanche and clear text avalanche and a block encryption avalanche scheme are proposed in this paper. The research work of image encryption scheme SESAE with avalanche effect is generalized.
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP309.7

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本文編號：2140697