基于分段线性混沌的多媒体并行加密算法研究与实现

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1、工学硕士学位论文基于分段线性混沌的多媒体并行加密算法研究与实现RESEARCHANDIMPLEMENTOFPIECEWISELINEARCHAOTICPARALLELENCRYPTIONALGORITHMONMULTIMEDIADATA阚宇亮哈尔滨工业大学2013年6月国内图书分类号：TP399学校代码：10213 国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于分段线性混沌的多媒体并行加密算法研究与实现硕士研究生：阚宇亮导师：唐朔飞教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与计算所在单位：计算

2、机科学与计算学院答辩日期：2013年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP399U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHANDIMPLEMENTOFPIECEWISELINEARCHAOTICPARALLELENCRYPTIONALGORITHMONMULTIMEDIADATACandidate：KanYuLiangSupervisor：Prof.TangShuoFeiAcademicD

3、egreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ComputerScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofComputerScienceandTechnologyDateofDefence：June,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要随着计算机技术和网络通信技术的发展，多媒体信息已广泛应用到社会的各个领域，在教育、医疗、经济

4、、军事等行业和部门已发挥着不可替代的作用，人们在享受多媒体技术带来的巨大利益的同时，也面临着很大的安全隐患。多媒体信息具有数据量大、冗余度高等特点，采用传统的加密算法AES等对多媒体数据进行加密，不但很难满足加密实时性、快速性的要求，而且在安全性上也不能得到保障。混沌加密算法充分利用了混沌的确定性、混合性、内随机性等特点，在保障安全性的前提下，实现简单、加密快速。另外，随着近年来多核处理器的普及，并行技术的应用已十分广泛，并行加密特别是基于混沌的并行加密已成为密码学领域新的发展趋势。本文首先介绍

5、了密码学相关的理论基础，分析了传统加密算法AES的加密过程，指出了其在对多媒体数据加密时具有的局限性；其次通过对常见的两种混沌系统——Logistic混沌与分段线性混沌动力学特性的研究，分析了采用混沌系统加密的优势，并在此基础上设计了一种基于分段线性混沌映射的并行加密算法，将分段线性混沌加密与并行技术结合起来，用MPI实现了算法的并行化；最后，本文对所设计的分段线性混沌并行加密算法进行了随机性测试与并行效能分析，通过大量的实验结果分析得出，该加密算法在对多媒体数据加密时，不仅输出序列具有良好的随

6、机性，安全性较高，而且算法具有很好的加速比等并行效能，在加密时间上明显优于传统的AES算法。关键词：加密，AES，分段线性混沌，并行，随机性-I-AbstractWiththedevelopmentofcomputerandnetworkcommunicationtechnologies,multimediainformationhasbeenappliedintomanyfields,suchaseducation,medical,economy,andmilitary,andisplayin

7、ganirreplaceablerole.Multimediatechnologybringsbigconvenienceandprofittoitsusers,butatthesametimehaspotentialrisks.Sincetheinformationdataofmultimediaishuge,thetraditionalencryptionalgorithm-AEScouldhardlymeettheneedofencryptiontimelinessandrapidityd

8、emandedofmultimediadata.However,chaoticencryptionalgorithmcouldmakefulluseofcharacteristicsofchaos,andrealizedthesimplicityandrapidityatthesametimeensuringthesafety.Besides,asthepopularizationofmulti-coresprocessors,paralleltechnologyhasbeenappliedwi