混沌随机数发生器的研究

论文摘要

由于网络的迅速普及,电子支付等技术已经深入生活,成为信息时代的重要组成部分。隐私数据非法使用以及泄露等问题经常出现,造成巨大经济损失,引起了人们的高度重视。密码技术是保证数据安全的有效工具,而其中使用的随机数在保密系统中更是占有举足轻重的地位。只有随机数发生器产生具有高质量的随机数,才能为保密系统提供安全的基石。因此研究如何构造高效安全的随机数发生器具有深远的研究价值。近年来,具有随机性、不可预测性以及遍历性等特点的混沌已成为构造随机数发生器的重要工具。本文分别基于低维混沌系统和高维混沌系统的特点,设计了两种生成随机数的方案,主要工作如下:首先,低维混沌系统由于结构简单,会出现退化现象。为了改善混沌退化现象,本文提出了一种新的基于低维混沌系统产生随机数的方法。该方法利用多个一维Logistic混沌系统,通过控制参数随机的对混沌系统进行动态分组。最后对产生的随机数进行异或操作,提高了输出随机数的性能。对该方法生成的随机数据在软件上进行仿真检测。检测结果表明,本方法生成的随机数完全通过了随机性检测标准NIST SP800-22,从而说明本方法生成的随机数具有较好的性能。此外,将该方法生成的随机数据应用于图像加密,从图像的信息熵、直方图、相关性以及差分攻击等方面验证了生成的随机数用于图像加密后,很好的掩盖了原始图像信息分布规律,具有较高的实用性。其次,高维混沌系统的混沌特性较复杂,随机性能较好。因此本文基于经典的Lorenz混沌系统构造随机数发生器。使用Hilbert变换对Lorenz混沌系统进行置乱扰动,最终每次迭代生成24位的随机数。通过实验仿真,本文提出的基于Lorenz混沌系统生成的随机数具有较好的性能,完全通过随机性检测的各种测试。将本方法生成的随机数分别应用于信息隐藏和数字水印的生成。仿真结果表明使用随机数的信息隐藏算法和数字水印生成算法随机性能良好,隐藏信息的原始图像分布均匀。本文提出的两种构造随机数发生器的方法均进行了仿真实验,并对其生成数据的随机性进行了严格的测试。分别从不同的应用角度,对生成的随机数的随机性进行实验仿真,为随机数发生器的设计及应用提供了参考。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文所做工作

1.4 文章结构安排

第二章混沌理论基础

2.1 混沌定义

2.1.1 Li-Yorke混沌定义

2.1.2 Devaney混沌定义

2.2 混沌基本特征

2.3 混沌的判断准则

2.4 混沌与密码学关系

2.4.1 混沌与流密码

2.4.2 混沌与分组密码

2.4.3 混沌与公钥密码

2.4.4 混沌与哈希函数

2.4.5 混沌与图像加密

2.5 本章小结

第三章动态分组混沌伪随机数发生器

3.1 相关混沌映射

3.1.1 Logistic混沌映射

3.1.2 S盒介绍

3.2 伪随机数生成方法

3.3 安全性分析

3.3.1 密钥空间分析

3.3.2 密钥敏感性分析

3.3.3 NIST随机性检测

3.4 用于图像加密的仿真测试

3.4.1 信息熵分析

3.4.2 相关性分析

3.4.3 差分攻击

3.4.4 直方图分析

3.5 本章小结

第四章基于Lorenz映射的伪随机数生成方法

4.1 Lorenz混沌映射

4.2 Hilbert变换

4.3 随机数生成方法

4.4 随机性检测结果

4.5 伪随机数在信息隐藏的应用

4.6 伪随机数在数字水印的应用

4.7 本章小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曹艳艳

导师: 杨波

关键词: 随机数发生器,映射,混沌

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 陕西师范大学

分类号: O415.5;TP309

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000023

总页数: 56

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