【摘要】：混沌系統(tǒng)具有對(duì)初始條件敏感性、遍歷性、拉伸折疊變換特性、正的李氏指數(shù)、奇異吸引子等特性,這些特性與現(xiàn)代密碼學(xué)中的擴(kuò)散和混淆等特征密切相關(guān),因此其在密碼學(xué)方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。近年來,混沌保密通信受到了人們的廣泛關(guān)注。然而雖然有大量的混沌密碼設(shè)計(jì)與分析的研究成果被發(fā)表,但基于混沌的密碼算法仍需要經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能被大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用�；煦缑艽a體制的安全問題主要分為兩大類:加密算法的結(jié)構(gòu)和混沌系統(tǒng)本身。其中對(duì)于混沌系統(tǒng)自身問題主要是由于在計(jì)算機(jī)等有限精度的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)混沌系統(tǒng)時(shí),混沌系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力學(xué)性能退化現(xiàn)象,這將極大地破壞基于混沌系統(tǒng)的密碼體制的安全性,從而阻礙其在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。首先,為了克服數(shù)字混沌系統(tǒng)在有限精度下的動(dòng)力學(xué)性能退化現(xiàn)象,不同于其它使用m序列或某些數(shù)字混沌系統(tǒng)作為擾動(dòng)源的方法,本文使用連續(xù)混沌系統(tǒng)Chen作為擾動(dòng)源,并使用Chen混沌系統(tǒng)的輸出分別擾動(dòng)數(shù)字混沌映射Chebyshev的參數(shù)以及輸入,利用Chen系統(tǒng)的軌跡對(duì)數(shù)字Chebyshev系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償�；诖朔N改善方案,設(shè)計(jì)了一種具有非常良好隨機(jī)性能的偽隨機(jī)數(shù)生成器。最后,對(duì)改善后的系統(tǒng)模型以及偽隨機(jī)數(shù)生成器進(jìn)行仿真測(cè)試。其次,使用無跡卡爾曼濾波器(UKF)算法和擾動(dòng)反饋技術(shù)混合操作來改善混沌系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能退化。其中UKF算法用于預(yù)測(cè)和估計(jì)近似理想的數(shù)字混沌序列。然后,采用擾動(dòng)方案對(duì)預(yù)測(cè)值進(jìn)行擾動(dòng)反饋,使得最終的輸出獲得更高的隨機(jī)性及安全性,從而能夠抵御如相空間重構(gòu)技術(shù)等的攻擊。使用一維和三維混沌系統(tǒng)分別來驗(yàn)證此改善方案,仿真結(jié)果表明了該方法的有效性、優(yōu)越性和魯棒性。同時(shí),設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)數(shù)生成器,并通過測(cè)試表明其具有優(yōu)越的性能。最后,利用混沌映射Chebyshev多項(xiàng)式的半群特性以及相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算難題設(shè)計(jì)出適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字簽名技術(shù);同時(shí)使用第一個(gè)研究課題所設(shè)計(jì)的混沌退化改善方案所生成的混沌系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)新的哈希函數(shù),將改善后的混沌方案進(jìn)行整數(shù)化操作,并將其作為哈希函數(shù)的壓縮迭代函數(shù),以使得所設(shè)計(jì)的哈希函數(shù)適用于節(jié)點(diǎn)資源有限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合此數(shù)字簽名方案與哈希函數(shù)方案,最終構(gòu)成基于混沌的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播身份認(rèn)證方案。將此協(xié)議在硬件平臺(tái)CC2530上實(shí)現(xiàn),并給出各種性能測(cè)試與功耗分析。
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O415.5;TN918
【圖文】：

圖 1-1 本文創(chuàng)新點(diǎn)及相互之間的關(guān)系（3）使用擴(kuò)展的 Chebyshev 混沌映射設(shè)計(jì)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簽名算法，并使用第一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)所設(shè)計(jì)的混合混沌映射來構(gòu)造適用于傳感器節(jié)點(diǎn)的哈希算法，二者結(jié)合構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣播身份認(rèn)證協(xié)議。同時(shí)在硬件平臺(tái) CC2530 來實(shí)現(xiàn)此算法。并給出各種性能測(cè)試與功耗分析。1.4 本文的結(jié)構(gòu)安排本文主要研究改善由于計(jì)算精度造成的混沌系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能退化方案以及基于混沌的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播身份認(rèn)證協(xié)議。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外主要研究方案，并與無跡卡爾曼濾波器（UKF）等理論結(jié)合，提出兩種改善性能退化方案的算法。同時(shí)設(shè)計(jì)并硬件實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣播認(rèn)證協(xié)議。論文一共分為六章：第一章 緒論，闡述本課題的課題研究背景，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全現(xiàn)狀以及混沌密碼學(xué)及其所存在的問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并給出了所有章節(jié)的安排。

圖 3-1 Chebyshev 映射分岔圖指數(shù)是一種重要的定量測(cè)度指標(biāo)，它反映了相鄰兩個(gè)相空。因此，當(dāng)最大李雅普諾夫指數(shù)為正時(shí)，系統(tǒng)呈現(xiàn)出復(fù)雜正的李雅普諾夫指數(shù)意味著，無論初始兩個(gè)軌道在相空間數(shù)速率增加，因此很難去預(yù)測(cè)系統(tǒng)。在這里我們給出了一種計(jì)算方法。一維混沌映射作為例子，對(duì)于混沌映射其表達(dá)式如下 +1= ( ). 維映射其只有一個(gè)拉伸和折疊的方向，所以如果其初值是間的距離為 = ( )( 0+ 0) ( )( 0) = ( )( 0) 0. 每次迭代后兩點(diǎn)間的平均拉伸比，其中 LE 為 Lyapunov

廣西師范大學(xué)碩士論文可以很顯然的看到當(dāng) Chebyshev 映射在低計(jì)算精度實(shí)現(xiàn)時(shí)，其相鄰軌道之間的相關(guān)性將很強(qiáng)，，這使得系統(tǒng)變得脆弱從而容易受到攻擊。從圖 3-9（c）可以看出，雖然其也是在低有限精度下實(shí)現(xiàn)的，但改進(jìn)后的系統(tǒng)的相鄰軌道自相關(guān)與原 Chebyshev 映射相比要好很多這意味著改進(jìn)后的系統(tǒng)能夠抵抗相關(guān)性攻擊和密文攻擊。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 曹綠晨;羅玉玲;丘森輝;劉俊秀;;A perturbation method to the tent map based on Lyapunov exponent and its application[J];Chinese Physics B;2015年10期

本文編號(hào)：2799433