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基于混沌序列的数据加密算法研究及FGPA实现

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

1.4 课题的主要工作

第2章 数据加密算法DES

2.1 数据加密算法DES原理

2.1.1 DES算法提出背景

2.1.2 DES算法原理

2.2 DES算法实现

2.2.1 初始置换IP

2.2.2 16轮迭代运算

2.2.3 子密钥的生成

2.2.4 逆初始置换IP-1

2.3 DES算法安全性分析

2.3.1 强度分析

2.3.2 安全漏洞分析

2.4 本章小结

第3章 混沌映射与密码学

3.1 混沌映射及其特性

3.2 常用的混沌映射

3.2.1 Logistic混沌映射

3.2.2 Henon映射

3.2.3 Tent映射

3.2.4 Chebyshev映射

3.3 混沌序列的生成

3.4 混沌与密码学的关系

3.5 理论安全与实际安全

3.6 本章小结

第4章 基于混沌序列的数据加密算法设计

4.1 算法的设计步骤

4.2 算法的预处理

4.2.1 算法流程

4.2.2 混沌映射的选择

4.2.3 子密钥的产生

4.3 算法的设计过程

4.3.1 子密钥生成模块

4.3.2 S盒压缩运算模块

4.3.3 时序控制模块

4.3.4 单轮迭代运算模块

4.3.5 顶层模块

4.4 本章小结

第5章 数据加密算法的应用实现及结果分析

5.1 系统仿真性能测试

5.2 文本加密的实现

5.3 图像加密的实现

5.4 安全性能分析

5.4.1 密码安全强度分析

5.4.2 密钥位数安全性分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢

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摘要

随着网络通信、信息技术的发展,信息安全越来越受到人们的关注。数据加密算法DES作为典型的分组加密算法,虽然已被穷举法攻破,但因为此前DES加密应用比较广泛,还是有很好的应用基础,因此现在人们仍然对它非常热衷,努力寻找解决方案,扩展DES的密钥空间,使加密后的密文更随机、更独立、更安全,当然也更符合当前的社会需要。
  本文给出了一种基于混沌序列的数据算法DES的密钥空间拓展方法,从而构造了一种混沌变形的DES算法。以现场可编程门阵列(FPGA)为硬件平台,采用硬件描述语言(VHDL)实现了整个系统的设计。混沌系统只存在于非线性系统中,具有初值敏感性和的随机性,能够产生随机数列,在密码学领域有很好的应用价值。通过运用Logistic混沌映射生成的混沌序列对DES的轮密钥进行处理,使DES算法每轮产生的子密钥都是不同的,这样混沌变形的DES算法就具有无限密钥空间和“一次一密”的特征,大大提高了算法的抗攻击性。
  在基于混沌序列的数据加密算法的设计部分,重点叙述了混沌序列生成16轮子密钥的子密钥生成模块、单轮迭代运算模块、S盒压缩运算模块、时序控制模块以及项层模块的设计过程。该算法在Xilinx Virtex-Ⅱ xc2vp30芯片上通过了仿真,完成了硬件调试,实验结果表明硬件实现加密算法功能正确,加密/解密速度快。

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