[发明专利]一种基于S盒的WSN动态复合混沌加密方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于S盒的WSN动态复合混沌加密方法，其特征在于：该方法分为以下四步进行实现：第一步，该方法选取了三个混沌方程：f(x)＝16x5‑20x3+5x(x∈[‑1,1])、f(x)＝8x4‑8x2+1(x∈[‑1,1])，这两个方程用于构造多混沌系统S盒，f(x)＝πsinx(x∈[0,π])用于构造正弦映射S盒。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。结论是方程具有很好的伪随机性，适合作为加密的伪随机序列发生器。第二步，建立了一种新型的动态模型，如公式(1)：该模型将动态地选择其中的一个函数来产生混沌序列，输入初值x0和y0，计算x＝(x0+y0)/2，如果x＜0，记录f0(x)迭代值作为混沌序列值，否则记录f1(x)迭代值，然后利用x0＝f0(x0)和y0＝f1(y0)更新x0和y0，直到产生足够的混沌序列，则结束。第三步，将产生的混沌序列离散化后生成S盒。首先，将混沌实值x代入动态复合混沌系统，求得混沌实值序列将混沌吸引域[‑1,1]划分为N＝65536个子域π_i，i＝0,1,...,N‑1。根据式子(2)判断落到[‑1,1]对应的0到65535的哪个区间，取得这个区间标记的整数值作为混沌二进制字节序列其次，迭代正弦混沌方程产生混沌实值序列根据式子(3)产生离散化的混沌序列S2(k)＝[floor(yk·108)]mod65536    (3)采用“Lewis‑Goosman‑Miller”最小标准(取A＝16897，B＝0及M＝2³¹‑1)，并且已知此时LCGs的周期为2³¹‑1。通过这种方式产生的随机序列记为根据以上产生的离散混沌序列设计产生S盒的方法为：通过公式(4)产生整型化的序列，然后由mod(S(k),256)将值转换到[0，255]区间中的整数值，重复迭代直到产生区间中所有的值，否则就继续进行S盒构造。将最后输出的序列，转制成的16×16表格，即为所构造的初始8×8S盒。第四步，提出了一种新的置乱方法，将所产生的8×8S盒利用图像置乱的方法，使用Baker映射重新将所形成的S盒中的数据进行置乱，形成一个更加混乱，非线性度更好的S盒。