导　　师： 关治洪

学科专业： H1101

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华中科技大学

摘　　要： 随着信息技术的发展，信息安全问题日益突出。尽管研究者们在信息安全领域进行了广泛而深入的研究，并取得了丰硕的成果。但它还不够完善，不仅存在许多尚待开垦的领域，而且随着理论研究的不断深入，相应的分析方法也层出不穷。信息技术的发展对信息安全提出了越来越高的要求，迫切需要发展新的理论和先进的技术。混沌(CHAOS)是一种貌似无规则的运动，指在确定性非线性系统中，不需要附加任何随机因素亦可出现类似随机的行为（内在随机性）。混沌系统的最大特点就在于系统的演化对初始条件十分敏感，因此从长期意义上讲，系统的未来行为是不可预测的。混沌系统的这些特点与信息安全领域有着天然的联系。近年来，随着混沌理论研究的逐步深入以及在应用领域所取得的重大进展，混沌密码学、基于混沌理论的信息隐藏技术逐渐成为当前研究的热点。但无论从安全性还是效率而言，现有的基于混沌理论的信息安全研究方案都还存在许多不足。本文我们主要进行基于数字化混沌理论的信息安全研究，包括数字化混沌密码学和基于数字化混沌理论的信息隐藏两个方面。本文的研究成果主要体现在：(1)通过对M.S.BAPTISTA和K.-W.WONG等人提出的一系列加密算法的深入研究，指出其在可行性和效率方面所存在的不足。在M.S.BAPTISTA和K.-W.WONG等人的一系列算法中都采用了LOGISTIC映射，他们忽略了LOGISTIC映射的混沌吸引子中所存在的大量周期窗口以及LOGISTIC映射的迭代输出序列所具有的不均匀分布特性。这些特性从根本上造成了算法的加密效率低下，同时当控制参数选取不合适时还有可能直接导致加密算法的失败。针对这些缺点，我们提出采用输出序列具有均匀分布特性的线性分段函数的新方法。仿真结果证明了该算法的有效性。(2)提出了几种直接对ASCII编码后的0、1序列进行动态加密的新算法。算法设计中采用对混沌吸引子区域进行均匀分区的方式，每一个子区域都有一个与之对应的0、1序列，不同的子区域可对应相同的0、1序列。由于在算法设计中各子区域与0、1序列之间是一对多的映射，可以极大提高算法的加密效率，同时也克服了大部分混沌系统所具有的输出序列分布不均匀的缺点。该类算法具有很好的通用性，算法设计都严格遵循KERCKHOFF准则，即算法的安全性完全依赖于密钥。(3)以二维HéNON混沌映射和LOGISTIC映射为例，提出了一种新的通用密钥流发生器。在HéNON混沌吸引子的各子区域和两条LOGISTIC映射所产生的0、1矩阵之间建立一个一一对应的关系。为了有效的避免在数字化混沌序列中所存在的有效精度效应问题，在具体产生密钥流的过程中，我们提出了对LOGISTIC映射的控制参数进行微扰的方式，从而可极大的增长密钥流序列的周期。仿真结果表明该方案所产生的密钥流序列能很好的通过标准的随机性能测试，同时具有良好的自相关和互相关特性等特点。(4)提出了一种新的将象素置换和象素值改变相结合的灰度图象加密算法。首先利用ARNOLD变换对图象象素点进行置乱，以彻底改变象素点在空间中的排列位置。然后对CHEN氏混沌系统的输出序列进行预处理以将之转化为适合于灰度图象加密格式，对置乱图象的象素点顺次加密。算法具有密钥空间大、密文图象具有极好的类噪声特性等特点。为进一步增强算法的安全性，我们讨论了几种可能存在的攻击方式，并给出了相应的改进措施。(5)提出了一种通用分块数字水印透明性检测模型，在基于透明性检测模型的基础上，给出了两种基于数字化混沌理论的数字水印嵌入算法：基于混沌的混合SVD－DCT数字水印算法；基于混沌的DCT盲水印算法。在算法实现中，首先利用基于混沌的图象加密算法对图象水印进行加密，然后由另一混沌加密算法来决定密文水印在图象中的嵌入位置，以保障水印嵌入算法的安全性。在文章最后，我们对全文的研究工作作了总结，并对基于数字化混沌理论的信息安全研究方面今后要做的研究工作进行了展望。

关 键 词： 信息安全 混沌 密码学 信息隐藏 数字水印

分 类 号： [TN918.1 TP391.41]

领　　域： [电子电信] [电子电信] [自动化与计算机技术] [自动化与计算机技术]