[发明专利]一种基于复杂动态网络的Hash算法

说明书

技术领域

本发明属于计算机与信息安全技术领域，具体地说是一种用于信息网络的基于复杂动态网络的Hash算法。

背景技术

Hash函数主要用于信息安全领域中加密算法，简单的说就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。

Hash函数H将任意长的消息M映射成为定长的Hash值h，即，h＝H(M)，其目的就是产生文件、消息或其他数据块的“指纹”。Hash函数可以直接应用于数据完整性检验、鉴别协议、零知识证明和随机数发生器等，在数字签名和消息验证码中有着非常重要的应用。Hash函数必须具有下列性质：

1.Hash函数可应用于任意大小的数据块；

2.Hash函数产生定长的输出；

3.对于任意给定的x，计算H(x)比较容易，用硬件和软件均可实现；

4.对任意给定的hash值h，找到满足H(x)＝h的x在计算上是不可行的，这也称为Hash函数的单向性；

5.对任意给定的分组x，找到满足y<>x且H(x)＝H(y)的y在计算上是不可行的，这称之为抗弱碰撞性

6.找到满足H(x)＝H(y)的偶对(x，y)在计算上是不可行的，这称之为抗强碰撞性

经典Hash算法，如MD5、SHA等大多是基于复杂度假设，需要进行大量复杂的异或等逻辑运算或是用分组加密方法进行多次迭代，运算量很大。而且，目前使用模差分技术成功破解了MD5、SHA1、HAVAL-128等流行的Hash函数，将以前认为找到SHA1碰撞需2⁸⁰次操作降至2⁶⁹次，可以在15分钟到1个小时的计算时间内成功发现MD5碰撞。

由于混沌具有对初始条件敏感、伪随机和类噪声等优良密码特性，被广泛应用在加密和随机数生成算法中。将混沌应用到Hash算法的研究中，基于混沌映射模型构造出单向Hash算法受到越来越多国内外研究者的关注，提出了一些基于混沌构造的单向Hash函数算法，但许多方法在安全性方面存在一些缺陷，主要体现在：(1)计算机有效字长精度效应使得混沌映射退化为周期序列；(2)消息参数映射不当易导致发生碰撞；(3)明文分组及分组迭代值处理不当都易产生碰撞问题；(4)一些系统是基于某一种低维混沌系统来构造的，研究发现利用自适应同步预测相空间重构等各种混沌预测技术可以成功分析预测，保密性能堪忧。

故选择恰当的消息处理和映射方式、增加混沌信号的复杂度和减小有限精度效应的影响是提高混沌Hash单向性、置乱性和碰撞性的关键。

从对抗攻击的角度上来说，混淆与扩散是设计加密系统首先应遵循的两条基本原则。混淆是使得密钥与密文关系尽可能复杂，用在Hash函数中则是使Hash值与消息之间的统计关系尽可能复杂。扩散意味着密钥和明文的微小变化都尽可能多地扩散到密文，同样用在Hash函数设计中，表示明文及密钥的任一微小变化都将导致生成的Hash值发生重大变化。

在现有的基于混沌的hash函数构造算法中，基于耦合映射格子的Hash算法由于引入时空混沌效应，通常能获得较好的混淆和扩散特性。从网络的角度看，混沌耦合映射格子可以相当于最近邻耦合网络，任何一个格点的微弱变化，通过相邻节点的耦合作用而持续地将变化扩散到全网络。但通常这类混沌映射的算法迭代次数太多，算法复杂度较高，导致Hash值生成太慢而不能得以实际应用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的混沌映射的算法迭代次数太多，算法复杂度较高的问题技术问题，本发明的目的是提供一种基于复杂动态网络的Hash函数构造算法。该算法首先基于待Hash的消息块，构建出消息的含权网络拓扑；然后，将该消息网络中的节点和边权分别映射到混沌耦合映射网络的参数空间，建立消息到混沌耦合映射网络的紧密联系；最后，利用混沌耦合映射网络优良的参数敏感性，使得任何消息的微小变化能够通过包含该变化的节点及节点间的边权迅速扩散并扰动到其它节点。从而，获得优良的混淆和扩散特性，同时，能有效降低迭代次数，提高算法效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于复杂动态网络的Hash函数构造算法，其特征在于该方法采用基于消息建立的复杂动态网络，将该网络参数映射到混沌耦合映射网络进行迭代、量化处理，得到Hash值，具体包括以下步骤：