一种基于Feistel结构的混沌分组密码设计与分析

摘要

由于混沌系统具有良好的伪随机性、混频特性、对初始状态的敏感性、复杂的映射参数等特性，这些特性与密码学要求的产生伪随机信号、混乱和扩散、加解密密钥的难以预测等属性是十分吻合的。因此，将混沌理论和密码学相结合产生的混沌密码理论逐渐发展成密码学的一个重要分支，利用混沌系统的优良特性来构造密码算法成为密码学研究的热点。
　　 作者认真学习了混沌理论和分组密码体系，对混沌分组密码理论进行了深入的探索和研究，在分析国内外现有的混沌分组密码方案的基础上，本文提出一种新的混沌分组密码算法，该算法将128比特明文加密为128比特密文，其中轮函数的S盒由Logistic混沌映射产生，并通过Baker映射的置乱提升了S盒的非线性度和差分均匀性，算法密钥由128比特的初始密钥K通过Cubic映射迭代生成。加密过程基于一种新的扩展Feistel结构，包括初始混乱、轮函数、移位操作和8个轮变换。该算法采用硬件描述语言VerilogHDL设计，使用Modelsim对加解密过程进行仿真，并在FPGA开发板上实现。仿真实验证明该算法安全性能良好，S盒灵敏度高、密钥空间足够大、并具有良好的混乱和扩散性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 密码学简介

1.2 混沌理论简介

1.2.1 混沌的发展

1.2.2 混沌和密码学的关系

1.3 混沌在分组密码学中的发展

1.4 本文所做工作与内容安排

第二章 混沌理论

2.1 混沌是什么

2.2 混沌的定义

2.3 混沌的运动特征

2.4 混沌现象的判据与准则

2.5 几种经典的混沌系统

2.5.1 离散混沌系统

2.5.2 连续混沌系统

2.6 混沌的应用前景

2.7 本章小结

第三章 混沌分组密码体制研究

3.1 分组密码概述

3.1.1 分组密码的定义

3.1.2 分组密码的整体结构

3.1.3 分组密码的设计准则

3.1.4 分组密码的工作模式

3.2 混沌分组密码学

3.2.1 混沌理论与分组密码的联系

3.2.2 混沌分组密码的设计方法

3.2.3 几类典型的混沌分组密码

3.3 本章小结

第四章 混沌分组密码算法的设计

4.1 基于混沌的广义一次一算法

4.1.1 广义一次一密与一次一算定义

4.1.2 基于混沌的广义一次一算法结构

4.2 基于混沌映射的分组密码方案

4.2.1 基于混沌映射的S盒的生成方法

4.2.2 密码方案的算法描述

4.2.3 密钥扩展算法

4.3 本章小结

第五章 混沌分组算法的分析与实现

5.1 混沌分组算法的性能分析

5.1.1 S盒性能分析

5.1.2 密钥扩展测试分析

5.1.3 算法输出随机性测试

5.1.4 密文分布分析

5.1.5 密钥空间分析

5.1.6 混乱和扩散性能分析

5.2 算法的仿真与实现

5.2.1 硬件开发工具介绍

5.2.2 系统架构

5.2.3 混沌分组算法设计

5.2.4 算法的仿真结果

5.2.5 实现部分测试结果

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果