基于混沌神经网络的安全组播通信算法研究与实现

摘要

近年，随着通信技术的迅猛发展，日常的生活与工作中传输高带宽信息业务的需求日益增长。为了提高信息传输速率，节约信道资源，组播通信被提出。尽管组播通信受到了密切关注，但组播通信的应用进程依然缓慢，安全性因素是其缓慢的最主要原因，所以采用密码学的原理对组播信息进行加密是安全组播通信最有保障的方法。通过研究混沌理论，发现混沌具有的参数的极端敏感性、对初始条件的敏感依赖性、系统的遍历性与轨道的不可预测性特点与密码学相似，因而把它运用到安全组播通讯加密范围中。
　　本文先对安全组播通信及混沌密码学理论知识进行梳理，以及对 Hopfield神经网络非线性动力学特性，DHNN吸引子和吸引域进行分析，在此基础上把LKH组密钥管理协议密钥更新快，花销少的优势与混沌神经网络复杂的非线性动力学特性，无法预测序列轨迹，不规则混沌吸引子分类等特征联合起来设计了基于混沌神经网络的安全组播通讯算法。其中，算法中的流加密部分是利用DHNN神经网络对 LFSR进行非线性选择输出而构建的一种较高强度的流加密模块，其复杂度和LFSR个数成指数关系增加，且不用扩展密钥，抵抗代数攻击；而算法中的公钥加密部分是利用混沌神经网络混沌吸引子特征，依据Diffie-Hellman密码体制，将随机轮换矩阵作为私钥，数学变换之后的联结权值矩阵作为公钥实现的，该部分不用对明文编码，能够节约存储空间。
　　其次，研究了安全组播通讯算法的密钥空间的可扩展性，当安全组播通讯的成员扩展到N位时,对安全组播通信组密钥空间的可扩展性进行了数学证明。
　　最后，对安全组播通信加密系统进行了硬件IP设计与仿真测试，仿真验证结果表明，本算法只占用约5％左右的硬件资源，具有资源占用率少、效率高的优势，同时时钟达到50Mhz，具备比较高数据加密速度，能够满足安全组播通信的实时性要求。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 主要工作

1.4 结构安排

第2章 密码学与安全组播通信

2.1 密码学基本知识

2.2 混沌动力系统

2.3 混沌神经网络

2.4 混沌密码学

2.5 安全组播通信概述

2.6 本章小结

第3章 基于混沌神经网络的安全组播通信算法

3.1 组密钥管理协议

3.2 算法的设计

3.3 本章小结

第4章 安全组播通信算法的FPGA实现

4.1 FPGA开发平台

4.2 安全组播通信算法的FPGA实现

4.3 系统测试

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果