基于混沌映射的分组密码算法.pdf

第37卷第16期
计算机工程
2011年8月
Vol 3
No.16
Computer Engineering
August 2011
安全技不
文编号:1000-34282011)16-012003文标识码:A
中日分类号1301.6
基于混沌映射的分组密码算法
,越歌,刘山,起菲
(北京电子科技学院研究生处,北京100070)
:提出一种新的混沌分组密仍算法。该算法碁于扩展 Feistel结构将128bit明文加密为128bi密文。轮函数中的S盒由 Logistic i混
池映射产生,算法密钥由128bit的初始密钥通过 Cubic映射选代生成。采用硬件描述语言 Verilog HDL设计实现该算法,并用 Modelsim对
加解密过程进行仿真,实验结果证明其具有高灵敏度的S盒,密钥空间大,港乱和扩散性能好。
关:泥池分组密;扩展 Feistel结枘;S盒;混沌映射; Modelsim仿真
Block Cipher Algorithm Based on Chaotic Mapping
HAN Rui, ZHAO Geng, L!U Shan-ming, ZHAO Fei
(Graduate Deparment, Bejing Electron cience andtechnology nstitute, Beijing 100070,China
A stract This paper proposes a new cha ic lock i r a m bad n a kin of ned Fei l sucre which eets 128it lne
to 128 bit cipher text The S-box in ound cton s gena y o sic atc mpg and us 128 i a y in ubic map o generate
the ey of algorithm Ha wae esr ption anguage of erilog s used to sign and implement he al othm and the encryption and decryption
po a mMm E m s w a e a m as i ve S age key space, and good peformance
in confusion and diffusion
Ikey words) chaotic lock her ex nded Reisel scure So chac mappin Modelsim simuation
DO:0.3969is.10003428.2011.16.040
1概述
的,而且发现某些攻击所用的统计特性比较因。但m和ル
在过去许多年里,混連由于其对初始条件的极端敏感性、过大将给S盒的设计带来因难,并会增加算法的存情量。目
类随机性和连续的宽带谱而获得了广泛的研究山。混池系统統前比校流行的是8×8的S盒。
对初始条件的极端敏感性导致了混沌信号的类随机特性,因
DES有6x4的S盒,在ABS中, Rijndael有8x8的S盒
此,用混沌加密的信息即使被截获也很难破译,具有高度保1OK有12x8的S盒。关于参数mn的选择,目前普遍认为
密性】。混純在密码学方面的应用主要有4个方面:运用混是越大越好,而且瓜、n偵应当接近,这样难以发现某些攻
沌迭代产生的伪随机序列与明文进行相互运算以产生密文
击(如差分密码分析和线性密码分析)所用的统计特征。本文
运用混沌同步进行混沌保密通信;将混沌映射与分组密码中利用混純算法设计一个16x16的S盒,用于分组密码算法中。
的 Feist结构相结合,以获得很好的混乱和扩散效果;将混
使用 logistic映射xmn=4x1-x)0沱映射作为加密变换的轮函数,将明文倌息通过轮函数运算算法如下(定点整数运算)
产生密文。但是鲜有将混沌映射与S盒的构造、 Feistel结构
令石=K,K为二进制128位长,计算:
以及密钥扩展有机结合的方法,这种方法只在文献4-5]中稍
x(2
有说明,但是并没有充分运用混沌与密码学特性,而且用硬
件语言对混沌系统进行设计仿真的研究比较少。
128位长x+1按字节排列,共16Byte
本文将混沌映射和S盒构造、经典的 Feistel结构、密钥
x(O)x()…x:(15
扩展相融合,设计一种新的基于 Logistic映射的扩展 Feistel
计算
结构,再将混沌映射与该扩展錯构相结合,提出基于扩展
r()=xa41(O)x。(I)B…x(1S
Feistel结构的混沌密码算法。该算法的优势在于通过动态的
然后将Y(i)依次放入S盒,如果后面生成的Y(值与前
混沌映射构造S盒,构造出的S盒有非常好的初値敏感性。面的相同,则舍弃,继续计算保证所有的XD都不相同,直
在密钥扩展方面,每一轮子密朝的构造是基于ubic混沈映到S盒填满为止,至此,S盒生成完毕。
射的,这就使得密钥变化莫测,从而大幅提高了攻击的难度。2.2加解密结构设计
混池分组密脅设计方案
本文的分组加密算法一共8轮,第i轮中(1j8),B-1
2.1S盒生成方法
是输入,B是输出,Bo是128bit明文,Bg是128bi密文,
S盒的数学描述如下
金J目:北京市自然科学基金资助项目(4092040)
S(X)=(f(X),2(X),…fa(X):→F,称S是一个作者介:韩(1987ー),男,硕士研究生。主研方向:沌密
m×m的S盒。S盒通常采用查表实现,表的存储量为m2比赵歌,教授;刘山鸣、赵菲,上研究生
特。当参数m和n选择很大时,几乎所有的S盒都是非线性收日,:201-01-07Emsl:hammerhand@163.com
万方数括