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1、基于混沌的流密碼摘要：由于混沌理論和密碼學(xué)之間存在緊密的聯(lián)系，應(yīng)用混沌去構(gòu)造加密系統(tǒng)的想法得到越來越多的關(guān)注。本文對混沌流密碼加密的基本原理進(jìn)行了簡要介紹，闡述了近年來混沌流密碼的研究進(jìn)展，最后指出了當(dāng)前混沌流密碼研究存在的不足和今后研究的重點。關(guān)鍵詞：流密碼，混沌，混沌加密一、引言隨著全球信息化程度的不斷深入，信息技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛的滲透到社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，信息已經(jīng)成為一種寶貴的資源，在人類的社會活動、經(jīng)濟(jì)活動中起著越來越重要的作用；另一方面，信息技術(shù)在極大推動生產(chǎn)力發(fā)展的同時，人們對信息的依賴程度日益提高，也因此使國家和社會面臨著日益嚴(yán)重的信息安全威脅。作為信息安全的核心問
2、題，信息加密技術(shù)是信息安全領(lǐng)域的研究熱點，各種新的加密方法層出不窮。作為20世紀(jì)最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，混沌被譽(yù)為繼相對論和量子力學(xué)后的第三次物理學(xué)革命，對它的研究也一直是科學(xué)界的熱點?；煦缡谴_定性系統(tǒng)中的一種貌似隨機(jī)的運動，其信號具有遍歷性、寬帶性、類隨機(jī)性、對初始條件的敏感性、快速衰減的自相關(guān)性和微弱的互相關(guān)性，所有這些性質(zhì)都與密碼學(xué)中中Shannon所要求的混淆和擴(kuò)散性質(zhì)相似，正是因為混沌系統(tǒng)所具有的這些基本特性恰好能夠滿足保密通信及密碼學(xué)的基本要求，因而混沌在信息加密領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景。自從英國數(shù)學(xué)家Matthews明確提出用混沌系統(tǒng)來產(chǎn)生序列密碼以來，混沌加密在信息安全
3、領(lǐng)域得到了廣泛的研究。二、混沌流密碼的基本原理1.流密碼的基本原理：眾所周知，流密碼加密的一般過程是將明文的信息流變換為可逆的類隨機(jī)流，解密過程則是對數(shù)學(xué)變換逆變換的猜測處理過程，將得到的類隨機(jī)流還原為明文。設(shè)明文流為：M=m1m2…mn，密鑰流為K=k1k2…kn,這里的密鑰流一般由密鑰或種子密鑰通過密鑰流發(fā)生器得到，則經(jīng)過加密變換Ci=Eki(mi)(i=1,2,…,n)得到密文流C=c1c2…cn；解密變換則是加密變換的逆過程，可用mi=Dki(mi)(i=1,2,…,n)表示，其中Eki是加密函數(shù)，Dki是其反變換。該過程最簡單的應(yīng)用如圖1所示。密鑰序列發(fā)生器輸出一系列位序
4、列：k1,k2,…,kn。密鑰序列跟明文序列m1，m2,…，mn進(jìn)行異或運算產(chǎn)生密文序列:在解密端，密文序列與完全相同的密鑰序列異或運算恢復(fù)出明文序列:,從上面的例子中我們可以很明顯地看出，整個流密碼加密系統(tǒng)的關(guān)鍵就是密鑰序列發(fā)生器，系統(tǒng)的安全性完全依靠密鑰序列發(fā)生器的內(nèi)部機(jī)制。如果它的輸出是無窮無盡的0序列，那么密文就是明文，這樣整個系統(tǒng)毫無價值；如果輸出的是一系列無窮無盡的隨機(jī)序列，那就是絕對安全的一次一亂密碼本?，F(xiàn)實中，我們很難生成真正的隨機(jī)序列，只能生成偽隨機(jī)序列，傳統(tǒng)的偽隨機(jī)序列序列發(fā)生器主要有：基于線性反饋移位寄存器(LFSR)的前饋序列產(chǎn)生器、非線性組合序列產(chǎn)生器和鐘
5、控序列產(chǎn)生器等。2.混沌流密碼混沌流密碼系統(tǒng)區(qū)別于上面介紹的傳統(tǒng)流密碼系統(tǒng)的最大特點就是，采用混沌系統(tǒng)作為密鑰序列發(fā)生器來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列。如圖2所示：這樣產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列具有保密性強(qiáng)、隨機(jī)性好、密鑰量大、更換密鑰方便的優(yōu)點。此外，在抗干擾性、截獲率、信號隱蔽等方面同樣具有潛在的優(yōu)勢。三、混沌流密碼的研究現(xiàn)狀目前已經(jīng)提出了兩種混沌流密碼的加密方案，一是基于PRNG-s的混沌流密碼；另一種是基于逆混沌系統(tǒng)的流密碼，下面我們分別予以介紹：1.基于PRNG．s的混沌流密碼:基于PRNG．s的混沌流密碼指利用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生“不可預(yù)測”的偽隨機(jī)序列，作為密鑰流掩蓋(一般采用異或)明文的密碼系統(tǒng)，
6、其核心是混沌偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。兩種主要的生成混沌偽隨機(jī)數(shù)的方法是：①抽取混沌軌道的部分或全部二進(jìn)制比特化；②將混沌系統(tǒng)的定義區(qū)間劃分為m個不相交的子區(qū)域，給每個區(qū)域標(biāo)記一個唯一的數(shù)字O～m-1，通過判斷混沌軌道進(jìn)入哪個區(qū)域來生成偽隨機(jī)數(shù)。目前大部分的方案都是使用單個混沌系統(tǒng)來生成混沌偽隨機(jī)序列，采用較多的系統(tǒng)有：Logistic映射，Henon映射和Chebyshev映射等。值得關(guān)注的是一種由周紅等人提出的基于逐段線性映射(PWLCM)的密碼設(shè)計方案。此類密碼具有較好的密碼學(xué)特性，并且實現(xiàn)簡單，加解密速度快，但由于在有限精度下實現(xiàn)的PWLCM存在可度量的特性退化，該算法安全性不高。為
7、了克服PWLCM的缺陷，桑濤等人提出了一類基于逐段非線性混沌映射的設(shè)計方案。采用該方案產(chǎn)生的流密碼保留了原來的安全統(tǒng)計特性，還克服了“逐段線性”的缺陷，具有更高的安全性，但實現(xiàn)代價較高，加解密速度不理想。另外，也有一些使用多個混沌系統(tǒng)產(chǎn)生偽隨機(jī)序列的加密系統(tǒng)。采用多個混沌系統(tǒng)可大大增加混沌序列的復(fù)雜性，直接提高了加密算法的安全性，并且，某些算法還可以提高加解密速度。2.基于逆混沌系統(tǒng)的流密碼:FeldmannU等人首次提出了一種基于逆混沌系統(tǒng)的混沌通信系統(tǒng)。其應(yīng)用于流
