[发明专利]基于混沌系统和FPGA的轻量级密钥序列发生器

说明书

本发明提供一种基于混沌系统和FPGA的轻量级密钥序列发生器，解决了混沌系统的精度受硬件资源的限制的问题，本发明的轻量级密钥序列发生器包括基于Logistic混沌系统的序列发生器模块、2个非线性移位寄存器、3个数据选择模块、过滤函数H模块及输出函数Z模块，本发明将Logistic混沌序列进行数字化并通过一定的算法与非线性反馈移位寄存器相结合，使得混沌系统与非线性反馈移位寄存器较好的结合，并且基于FPGA的硬件实现，既保证了序列的伪随机性、系统的安全性，并且使代码规模更小，占用更少的硬件资源。

技术领域

本发明属于信息安全硬件系统加密领域，尤其涉及一种基于混沌系统和FPGA的轻量级密钥序列发生器。

背景技术

现有技术中基于FPGA实现的轻量级序列密码基本上是采用传统的非线性反馈移位寄存器(NFSR)及线性反馈移位寄存器(LFSR)去实现；将数字化的混沌序列与NFSR/LFSR相结合，

混沌系统具有初值敏感性、不可预测性、分维性质、普适性等诸多优点。数字化的混沌序列也在一定程度上延续了混沌系统的优点，因此特别适用在加密系统中。而随着社会的发展，轻量级序列密码应运而生，适用在资源受限的设备中进行应用。

为了避免硬件实现的数字化混沌系统的受精度限制，造成混沌序列的伪随机性差、混沌系统的安全性低，设计混沌系统时，会尽可能的用更大的位宽表示，但是这样需要大量的硬件资源，即混沌系统的精度受硬件资源的限制。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供一种基于混沌系统和FPGA的轻量级密钥序列发生器，既保证了序列的伪随机性、系统的安全性，又尽可能的使用更少的硬件资源。

本发明所采用的技术如下：一种基于混沌系统和FPGA的轻量级密钥序列发生器，包括基于Logistic混沌系统的序列发生器模块、2个非线性移位寄存器、3个数据选择模块、过滤函数H模块及输出函数Z模块，实现方法如下：

所述的基于Logistic混沌系统的序列发生器模块：

经过初始化和数字化，实现位宽为20位的无符号定点数的数字混沌系统，并将生成的混沌序列的第4、6、7、9、11和12位，即l_i+4,l_i+6,l_i+7,l_i+9,l_i+11及l_i+12单独提取出来以供数据选择模块进行选择抽取，再通过2个非线性移位寄存器、过滤函数H模块和输出函数Z模块进行数据的扰动和混淆；

Logistic混沌系统是离散的混沌系统，如式(1)所示，对其进行整数化处理，如式(2)和式(3)所示，整数化后的混沌系统如式(4)所示，

Logistic混沌系统方程为

x(n+1)＝μx(n)[1-x(n)] μ∈[0,4]x(n)∈(0,1] (1)

将其转换为二进制形式为

基于精度限制，小数部分取L位，L取值为19，则

其中，

则整数化后的混沌系统表示为

X_n+1＝4X_n(2^L-X_n)/2^L (4)

2个所述的非线性移位寄存器：