[发明专利]应用多混沌映射多动态S盒的分组密码系统

说明书

一、技术领域：

本发明属于信息安全领域中的混沌数字密码设计技术，是一种应用多个离散混沌映射多动态S盒的混沌分组密码系统，具体涉及一种应用多混沌映射多动态S盒的分组密码系统。

二、背景技术：

随着Internet技术的飞速发展，计算机网络技术正日益广泛的应用到社会各个领域，信息的安全与保密显得尤其重要。为了保证网络信息安全，国内外研究人员设计并公布了众多密码算法，现行的密码算法主要包括序列密码、分组密码、公钥密码、散列函数等。其中，分组密码，也称为块密码，它是现代密码学中的一个重要研究分支，主要由加密算法、解密算法和密钥编排算法三部分组成。分组密码因具有速度快、易于标准化和便于软硬件实现等特点而在计算机通信和信息系统安全领域中有着极其广泛的应用。

混沌是非线性确定系统中由于内禀随机性而产生的外在复杂表现, 是一种貌似随机的非随机运动。混沌由于其对初值敏感性、对参数敏感性、遍历性、类随机性、弱相关性等特点，非线性科学界和信息工程界普遍关注混沌理论在信息安全和保密通信等领域中的应用。近年来，研究人员提出了许多基于混沌系统的加密算法。但从密码分析角度看，大多数混沌数字密码存在着安全性不高、运算速度慢、难以在实际中应用等缺陷。本发明提供了一种利用多个混沌映射多个动态S盒的分组加（解）密方法和系统，该密码系统安全性高，运算速度快，便于硬件实现。

三、发明内容：

本发明目的在于克服目前技术中混沌数字密码系统安全度低、运算速度慢、难以硬件实现等缺陷，提供一种能提高混沌数字密码性能的应用多混沌映射多动态S盒的分组密码系统。

技术方案：

一种应用多混沌映射多动态S盒的分组密码系统，利用计算机技术、信息编码理论及数字混沌技术实现，包括子密钥产生模块、动态S盒生成模块、加密模块和解密模块，具体运行步骤如下：

（1）在子密钥产生模块中，利用t个混沌系统产生轮循环子密钥，t≥2，t为整数；

（2）在动态S盒生成模块中，利用q个混沌系统生成z个动态S盒，q≥2，z≥2，q、z均为整数；

（3）利用加密模块对明文件进行加密，将明文文件按64位分成多个分组，从第一个分组开始，利用立方映射产生一个随机数h，根据该随机数h选择第h个S盒并利用第（1）步中子密钥模块产生的子密钥，进行轮循环加密运算；在当前的明文分组加密完成后，即可对下一个明文分组进行加密；重复这一过程，直至处理完所有明文数据分组，h≥0，h为整数；

（4）在需要解密时利用解密模块对密文件解密，按照与加密过程相逆的顺序进行运算获得解密密文，即：从密文文件的第一个数据块开始，利用立方映射产生一个随机数h’，根据该随机数h’选择第h’个S盒并利用第（1）步中子密钥模块产生的子密钥，进行轮循环解密运算；在当前的密文块解密完成后，即可对下一个密文块进行解密；重复这一过程，直至处理完所有密文块，h’≥0，h’为整数。

步骤（1）的子密钥产生模块中使用的混沌系统为四个系统参数和初始值均不相同的一维Logistic映射，利用这四个混沌映射生成两个128（16字节）位的序列                                                和，利用序列和生成每轮循环的64位（8字节）子密钥。

步骤（2）中动态S盒生成模块，设计生成z个动态S盒所使用的混沌系统分别为二维Logistic映射、Standard映射、二维超混沌映射、Henón映射，生成第个S盒的算法步骤如下，其中，，z≥2，m、p、z均为整数，0≤i≤749，n、k、i为自然数：

ST1.将相空间划分为等长的个区间，令与每个区间一一对应；若某点位于区间中，则该点的量值记为；

ST2.选取750个初始点，用表示第个初始点的坐标值；所有的纵坐标值组成初始点集合；利用Chebyshev映射产生一个随机数，根据该随机数选取一个二维离散混沌映射，对于任意的初始点，迭代次后得到的像；所有初始点对应的像组成像集合；

ST3.从集合中找出具有唯一像的初始点集合Φ；选择包含Φ中256个元素的子集A，从集合中找出A中元素对应的像的集合B；

ST4.对集合A、B中的元素分别分配新的量值即之间的整数，但集合A或B中各元素新的量值不能重复；若A中某个初始点的新量值是，对应像的新量值是，则记；据此求得的映射一一对应，就是S盒。