[发明专利]一种基于置换耦合的轻量化混沌认证加密方法

摘要

本发明公开了一种基于置换耦合的轻量化混沌认证加密方法。首先构造适于整数域的整数混沌耦合映像格，然后引入静态S盒作为该整数混沌耦合映像格的局部演变方程，构造出混沌置换耦合映像格，最后以置换耦合映像格映射构造密钥发生器，实现一种基于置换耦合的轻量化混沌认证加密方法。本发明相对普通混沌加密方法具有较高的加密性能，适于并行优化且易于硬件实现，能够在资源匮乏环境下同时保证数据传输的机密性与完整性，可用于满足云计算下属物联网节点间数据安全传输、校验数据合法性等需求。

主权项

一种基于置换耦合的轻量化混沌认证加密方法，其特征在于，包括如下步骤：A.构建混沌置换耦合映像格记为第n时刻坐标i对应的局部格子状态(字节)，S·:G(28)→G(28)表示任意符合密码规则的S盒映射，作为该整数混沌耦合映像格的局部演化方程，构造以下基于静态S盒置换的整数混沌耦合映像格，即混沌置换耦合映像格：其中，表示比特单位的异或运算；表示以字节为单位的模加运算；B.以混沌置换耦合映像格为密码部件，构建密钥发生器(B.1)记密钥发生器的输入参数为密钥发生器的输出密钥流为则Ii∈G(28)与Oi∈G(28)分别为I、O内坐标为的局部字节；记ISn∈(G(28))m为第n时刻密钥发生器的内部状态，其数据长度为m字节；记为内部状态ISn中坐标为i的状态字节，对应步骤A中混沌置换耦合映像格的局部格子则密钥发生器的输入输出交换流程如下：其中，为步骤A中混沌置换耦合映像格的局部状态，由经过上述输入输出交换得到；(B.2)根据步骤A的混沌置换耦合映像格的迭代方法，为密钥发生器迭代更新内部状态,得到下一轮内部状态ISn+1，即：其中为使用步骤A中混沌置换耦合映像格迭代更新的轮数；(B.3)根据步骤(B.1)和步骤(B.2)，记U为密钥发生器的单轮工作流程，其特征如下：(ISn+1,O)←U(ISn,I)其中，根据认证加密算法处在不同的工作阶段，O可以输出或者丢弃；C.根据步骤B中密钥流发生器，在一次步骤中实现认证加密方法，包括如下步骤：(C.1)初始化密钥发生器，以密钥K∈(G(28))m作为初始内部状态，以初始向量作为密钥发生器的输入I,实现两轮内部状态更新，并舍弃输出O；(C.2)处理附加数据AD，填充附加数据以将其拆分为a组数据块，依次将ADi作为I更新内部状态，即ISi＝U(ISi‑1,Di),∈[1,a]；(C.3)加密，填充明文数据以将其拆分为b组明文数据块，依次将Mi作为密钥发生器的I，将O作为输出的加密密文块即(ISa+i,Ci)＝U(ISa+i‑1,Mi)；(C.4)计算认证标签，记以Kpre作为I更新内部状态，即ISa+m+1＝U(ISa+m,Kpre)，得到标签：截取前τ比特长度的T作为输出认证标签，即Tτ∈G(2τ)；(C.5)校验解密，相对于步骤(C.3)，首先解密M1,即随后依次解密剩余密文块，即：完成解密后，依据步骤(C.4)重新计算校验标签T′，若T′＝T则校验成功并输出全部解密密文；否则校验失败并丢弃全部解密密文；至此，实现基于置换耦合的轻量化混沌认证加密方法。