一种基于混合细胞自动机的加密算法研究

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5、密级：无硕士学位论文一种基于混合细胞自动机的加密算法研究StudyofEncryptionAlgorithmBasedonMixedCellularAutomation作者：宫姗指导教师：梁士利教授一级学科：电子科学与技术二级学科：电路与系统研究方向：信息安全学位类型：学术硕士东北师范大学学位评定委员会2016年5月摘要如何在保证加密系统安全性的基础上提高运算效率一直是学者们关注的问题。细胞自动机作为一种时空变量均高度离散化的并行动力学系统具有运算效率高的优点；由于细胞自动机各单元之间复杂的相互影响作用，使

6、其可在短时间内产生复杂的动力学行为，具有良好密码学应用价值。但由于基本三邻居细胞自动机仅有256种规则，应用于加密设计时密钥空间小，可用来加密的规则有限，通过增大细胞自动的邻域半径以及扩大维度的方式是解决这一问题关键所在。随着邻域半径的增大，其规则数目将呈指数型增长，算法实现及系统资源也随之增32加。习惯扩展使用的五邻居细胞自动机的密钥空间有2种，但如何选取加密规则是一难题。相比之下四邻居细胞自动机比三邻居细胞自动机密钥空间大，比五邻居细胞自动机易于规则选取。四邻居细胞自动机是一种非对称邻居结构，在结构上突

7、破了以往对称邻居结构的格局。本文通过DDLAB对一维二态四邻居细胞自动机做了比较细致的研究与分类，从中选取一些具有较好动力学特性的混沌加密规则，并应用三邻居可逆细胞自动机规则在不同方向上的运算得到具有可逆行为的二维细胞自动机，将一维空间扩展到二维平面，不仅加大了密钥空间，同时提高了算法的空间复杂度。实验采用一种新的Y型结构，该结构在保证运算效率的前提下加大了二维细胞自动机的信息扩散程度。最后将二维模型通过二阶结构扩展到三维空间，进一步加大了密钥空间以及算法的复杂度。本文提出了一种基于一维二态四邻居细胞自动机

8、和Y型二阶可逆二维细胞自动机结合的分组加密方法。该方法采用二阶加密结构，用具有混沌特性的一维四邻居细胞自动-10机生成伪随机序列（C）作为加密结构中明文（C）的初始结构，再通过Y型可逆二维细胞自动机将明文以二阶加密结构的方式进行迭代加密。该方法克服了一维细胞自动机的结构局限性，提高了密钥空间，增加了算法的复杂度。同时对于Y型结构的应用，在保证加密效率的前提下增大了信息间的相互影响。实验表明，该方法密钥空间大，满足