基于混沌和rc4序列密码算法的设计与应用

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1、分类号TN91学校代码10590UDC621.3密级公开深圳大学硕士学位论文基于混沌和RC4序列密码算法的设计与应用学位申请人姓名胡显河专业名称信息与通信工程学院（系、所）信息工程学院指导教师钱恭斌副教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文基于混沌和RC4序列密码算法的设计与应用是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明

2、。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日基于混沌和RC4序列密码算法的设计与应用摘要随着计算机和互联网技术的快速发展，人们迫切需要研发出安全、高效、可靠的加密技术来保护信息安全。混沌系统具有动力学复杂，长期行为难预测，对初值和参数变化敏感等特性，且可产生优良密码学性能的混沌序列，符合现代密码学要求。因此，本文将混沌系统应用到加密算法中，提出了两种改进混沌加密算法，随后从多个角度验证了新算法安全性，并将其应用于手机图像加密。本文主要工作如下：1）针对混沌系统因有限精度效应产生的混沌退化问题，实现了一种基于

3、时空混沌映射的伪随机序列发生器以及一种基于多变参复合混沌系统的伪随机序列发生器。从周期长度、相关性和NIST统计测试三个方面，对发生器生成的序列进行实验分析，验证了这两种发生器生成序列的伪随机性较好。2）通过结合混沌S盒与RC4算法，提出了一种改进的CS-RC4（ChaoticS-boxRC4）算法。该算法采用混沌映射生成初始密钥，并利用混沌轨道不可预测性，破坏了RC4算法中S盒动态变化的规律性，提高了安全性。3）通过结合时空混沌系统和RC4算法，提出了一种改进算法SC-RC4（SpatiotemporalChaoti

4、cRC4）。该算法通过对明文数据与时空混沌密钥流进行异或处理，并在128bit长的混沌初始密钥控制下，使用RC4算法对异或处理后的数据进行加密。通过与RC4算法对比，SC-RC4算法具有更高的安全性。4）实现了CS-RC4和SC-RC4算法对图像的加解密，从灰度直方图、相邻像素点相关性、密钥空间、密钥敏感性、加密速度以及实现代价六个方面对改进算法进行分析。结果表明，这两种算法对图像加密安全性较高且加密速度很快。为了验证CS-RC4和SC-RC4算法的实用性，本文设计出了一款操作简便、安全性高、加密速度快的手机混沌图像加

5、密软件。关键词：时空混沌系统；RC4；序列密码；图像加密；安全性分析ITheDesignandApplicationoftheStreamCipherAlgorithmBasedonChaosandRC4AbstractWiththerapiddevelopmentofcomputerandinternettechnology,itisnecessarytodevelopsafe,effectiveandreliableencryptiontechnologytomeetthesafetyrequirementsofi

6、nformation.Thechaoticsystemiscomplexindynamics,hardtoestimatethelong-termbehavior,sensitivetoinitialconditionsandabletocreatemassivehighsecuritysequencewithhighperformanceincryptography,soitseemsverysuitableformoderncryptography.Therefore,inthisthesis,thechaotic

7、systemisappliedtotheencryptionalgorithm,andtwokindsofalgorithmsareproposed.Theperformanceoftwoalgorithmsistestedfromseveralaspects.Moreover,thetwoalgorithmsareappliedtoimageencryption.Themaineffortsofthethesisareasfollows:1）Duetothechaosdegradationcausedbylimite

8、dprecisioneffortinchaossystem,anpseudo-randomsequencegeneratorbasedonspatiotemporalchaosmappingisdesignedandanpseudo-randomsequencegeneratorbasedonvariableparametermu