[发明专利]一种基于S盒的WSN动态复合混沌加密方法

说明书

一种基于S盒的WSN动态复合混沌加密算法，属于信息安全技术领域。针对无线传感器网络易遭受攻击且资源受限的特点提出了多混沌系统。提出了一个新的复合混沌方程，建立一种创新型的动态模型，形成了一种新的动态复合混沌系统。将图像置乱的思想引入到S盒的设计中来，对产生的数据序列利用面包师映射进行置乱，增加了S盒的非线性特性，所产生的S盒性能将更加符合设计标准，安全性更好。同时，此算法既可以作为动态S盒来使用，也可以通过此算法找到性能良好的静态S盒。理论分析和实验结果表明，本发明算法安全性高，性能优良，在轻量级密码领域具有广泛的应用前景和实用价值。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种基于S盒的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的动态复合混沌加密方法。

背景技术

随着信息产业的发展，数据安全性面临着巨大的挑战。加密方法是保证其安全性至关重要的手段。当前加密方法可分为两大类，一是流密码，一是分组密码。对于分组密码来说，应能抵抗各种各样的攻击，如线性攻击、差分攻击。S盒是分组密码中的唯一的非线性部件，它决定着加密系统的混淆特性。在DES、AES以及SM4中，S盒是重要组成部分之一。在当前的研究中，所设计的S盒应满足许多的标准，主要有双射特性、非线性特性、严格雪崩效应、差分均匀性(等概率输入输出异或分布)、输出比特间独立性。由于其特殊性，研究并设计一个性能稳健的S盒是非常重要的。当前设计S盒的方法很多，混沌理论由于其特殊性和快捷性让人们接受。混沌理论依赖于自身的初值敏感性、伪随机性和遍历性等特征，在研究非线性、确定性和动态系统中起了很大的推动作用，主要的应用领域包括物理学、机器人学、生物学、金融学及密码学。由于混沌理论与密码学之间存在着某种天然的属性，近年来，在这方面的研究逐渐受到了人们的关注。

Jakimoski和Kocarev^[1]提出了一种基于混沌映射的S盒的产生方法。Tang^[2]等提出了一种基于2D面包师映射的S盒产生方法。Chen^[3]等对此应用3D面包师映射改进了产生S盒的方法。Yin^[4]等提出了一种基于连续混沌迭代的S盒产生方法。在文献^[5]中，作者应用Lorenz系统和特殊移位的方法产生S盒。文献[6]中根据混沌系统的特征设计了一种动态S盒。Wang^[7]等提出了一种基于Tent映射的动态S盒的产生方法。在文献^[8]中，提出了一种基于混沌和遗传方法的启发式S盒设计方法。文献^[9]中，扩展了多种加密方法，形成了一种随机的混沌S盒的产生方法。文献^[10]中，作者基于猫映射和TDERC系统设计了一个性能良好的S盒。文献^[11]基于混沌映射并采用复合的方法提出了一种S盒的设计方法。文献^[12]提出了一种基于无线传感器网络的有效安全的S盒设计方法，满足S盒的设计标准并能很好的提高了S盒的实现效率。但是这些方法所产生的S盒所应用到的混沌映射比较单一，实现方式主要体现在混沌序列的整型化和S盒的构建方面。

发明内容

本发明基于这些特点提出了多混沌系统，首先找到了几个混沌方程并研究了其混沌特性，多混沌解决了混沌映射的单一性问题。并将图像置乱的思想引入到S盒的设计中来，对产生的数据序列利用面包师映射进行置乱，增加了其S盒的非线性特性，所产生的S盒性能将更加符合设计标准，安全性更好。同时，此方法既可以作为动态S盒来使用，也可以通过此方法找到性能良好的静态S盒。

本发明要求保护的是一种基于S盒的WSN动态复合混沌加密方法，包括其具体方法内容及具体实施方式。在该方法中，选取多个混沌方程，严格证明了各个方程以及复合混沌方程的混沌性、不变概率密度和相关性，混沌性证明包括初值敏感性、拓扑传递性和周期的稠密性。建立一种创新型的动态模型，形成了一种新的动态复合混沌系统。将设计的动态复合混沌系统与线性同余发生器结合，采用离散化的方法构造S盒并进行置乱。

1.复合混沌方程的建立