[发明专利]一种融合神经网络与混沌映射的流密码密钥控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于流密码技术领域，尤其是一种流密码密钥控制方法。 

背景技术

混沌密码是密码学在不断地借鉴其它学科研究成果的过程中，逐渐发展起来的一类新颖的信息加密手段。自从混沌理论在20世纪60年代从数学、物理、生物等多个领域发展起来，并被确立为一门新的学科以来，由于其与密码系统有着如参数敏感性等诸多相似之处，人们开始关注这两者的结合与交叉。信息论鼻祖Shannon提出了密码学中用于指导密码设计的两大基本原则：扩散(Diffusion)和混乱(Confusion)。其中的扩散是指将明文的冗余度分散到密文中去，从而隐藏明文的统计结构，即要使明文的每一位尽可能多地影响密文中的位；混乱则是指掩盖密文和密钥之间的关系，使得密钥和密文之间产生复杂的统计关系，导致密码攻击者无法从密文推出密钥。而这两大密码学中最为重要的原则，正来源于混沌现象中特有的轨道混合特性及初值的敏感性等特性。混沌的初值敏感性直接对应密码系统的扩散特性，而混沌系统输出的类随机性则对应于密码系统的混乱特性。 

混沌和密码学两者在结构上的相似性，使人们尝试将混沌理论应用到密码学领域当中。但研究表明，混沌盒密码学之间还是存在着不少的区别。首先，密码系统工作在有限的离散集上，而混沌系统却工作 在无限的连续实数集上；此外，传统的密码学已经建立起了一整套的安全性和性能分析的理论，拥有较为成熟的密钥空间的设计方法和实现技术，从而能较好地保证系统的安全性。下表给出了混沌密码系统与传统密码系统的相似点与不同点。 

表1混沌理论与密码学的异同分析 

将混沌理论应用于密码学中时，要注意选取满足密码学特性要求的混沌映射。选取的混沌映射应至少具有如下的三个特性：混合特性(Mixing property)、鲁棒性(Robust)和大参数集(Large parameter set)。下面简要介绍这些特性，值得注意的是，具有以上属性的混沌密码系统不一定安全，但不具备上述属性的系统必然是脆弱的。 

(1)混合特性：将明文看作初始条件域，则混合属性是指将单个明文符号的影响扩散到许多密文符号中去。显然，该属性对应密码学中的扩散属性。具有混合特性的系统具有较好的统计特性，当迭代次数n→∞时，密文的统计性质不依赖于明文的统计性质，故由密文的统计结构不能得到明文的结构。 

(2)鲁棒性：鲁棒性是指在小的参数扰动下，混沌系统仍保持混沌状态，从而可以确保它的密钥空间的扩散属性。但是，一般来讲大多数 混沌吸引子不是结构稳定的，而基于非鲁棒系统的算法将会出现弱密钥。 

(3)安全性：密码系统安全性的一个重要的衡量指标是Shannon熵，即密钥空间的测度，在离散系统中常用log₂K近似，其中K为密钥的数目。因而，动力系统的参数空间越大，离散系统中相应的K就越大。 

综上所述，在选择混沌系统并用于构建密码系统时，我们应该考虑大的参数集中具有鲁棒混合特性的系统。从总体上来看，混沌密码有两种通用的设计思路：1)使用混沌系统生成伪随机密钥流，该密钥流直接用于掩盖明文(异或操作)；2)使用明文和/或密钥作为初始条件和/或控制参数，通过迭代/反向迭代多次的方法来得到密文。第一种思路对应着流密码，而第二种思路则对应着分组密码。除了以上两种以外，还有不少专为图像加密目的而设计的混沌密码方案。与针对基于混沌理论的对称密钥密码系统的研究相比，利用混沌来构造公开密钥密码系统的研究成果还十分有限。目前，主要以混沌流密码应用为主，下面简要介绍混沌流密码技术。