基于Logistic混沌映射转移轨道判决的序列密码生成系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于网络通信与信息安全技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术和信息技术飞速发展，信息安全，特别是通信系统信息安全引起人 们的重视。在数字化、网络化与智能化的通信系统中，通信设备的集成需要一种由特殊的密 钥序列发生器组成的序列密码参与密码核运算，配合一系列非线性程度高、无限周期、统计 性良好的密钥序列保障通信系统的安全性。
[0003] 上世纪80年代以来，针对密钥序列发生器的设计和研宄得到重视，研宄人员设计 出大量具有高复杂性、功率谱接近噪声、难以破译的随机序列。上世纪90年代后，人们发现 混沌系统的内随机性、遍历性和初值敏感等特性与传统的密码学应用存在惊人的相似。给 定初值条件的混沌系统相邻迭代点经有限次迭代后得到完全不同序列的混沌特性，逐渐改 变了人们对确定系统的传统认识。由于混沌系统具有良好统计特性和复杂性，这种由微小 变化可引起的不同计算结果的特性使得混沌系统极大地满足了加密应用对序列密码的需 求，人们期望通过研宄混沌系统的理论特性找到适合生成具有良好随机特性的非线性密钥 序列发生器。1999年，T.Kohda明确指出混沌系统生成的序列具有良好的随机特性，可作为 密钥序列发生器。正是由于确定系统构造的密钥序列具有长周期、宽密钥空间、高复杂度等 优势，混沌密钥序列发生器表现出较强的复杂性和非线性特征，使得混沌加密系统密钥序 列具有更加难以破译的特点。
[0004] 随着混沌理论研宄的深入和加密应用的广泛开展，混沌系统的缺陷逐渐被科研人 员发现，为克服有限计算精度对混沌系统随机特性弱化的影响，研宄者利用扰动法、数字信 号处理方法、数据挖掘等方法增强混沌系统的随机性，克服混沌密钥序列的短周期和弱随 机现象。在保密通信应用领域，人们致力于研宄加密速度快、保密性强、与数字化设备兼容 的数字混沌序列发生器，使得混沌序列密码适应更广泛的应用领域。
[0005] 自T.Kohda证实混纯系统适于密码系统应用后，一些研宄者利用频率测试、游程 测试、离散傅里叶变换谱测试、线性复杂度测试等测试指标来研宄混沌序列密码，并以统计 分析结果做为混沌系统加密应用提供科学和安全依据，这些通过混沌序列密码随机测试， 统计分析结果表现良好的随机数生成器被大量用来进行加密运算。然而，混沌系统并非真 随机系统。随着混沌系统在密码学领域的应用扩展，混沌系统的短周期和弱随机现象，使得 混沌序列密码的安全性成为研宄者们关注的重点，如何判定这种由确定系统产生非线性序 列的伪随机性和安全性对于通信系统和加密系统的安全性及其重要。混沌理论研宄者通过 对不同混沌方程的混沌特性进行研宄和实验观测，发现数字混沌系统具有整体稳定局部不 稳定、初值敏感、各态遍历性等特性。人们通过观察得出混沌序列局部存在一些可度量的短 序列成周期性反复出现，在放大混沌序列自相关间隔峰值内部结构时，一些类似周期却又 不同于传统周期定义的峰值反复重现，这些现象的统计特征很难依靠现有的周期检测方法 和随机性检查方法发现。在混沌序列密码应用中，这类现象容易成为攻击者对信息应用的 攻击目标，是破坏混沌序列密码随机性的危险因素。
[0006]实际应用中，混沌序列密码不同于传统的密钥序列，通过随机数测试集无法观察 混沌序列密码的内部结构，无法判定局部不稳定性和序列内部元素之间的联系，特别是对 于由计算精度引发的多种周期现象和混沌量化引发的序列局部不平衡现象，目前还缺乏科 学的测量方法，找到一种适于分析和检测混沌序列密码局部范围内序列随机性的方法，提 供一种良好的混沌序列测试方案，降低混沌序列密码存在的安全隐患具有一定的研宄意 义。
[0007] 作为混沌理论研宄的重要分支，基于混沌系统的随机数发生器一直是人们研宄和 关注的重要内容。人们研宄安全加密系统的过程中，既需要混沌这种确定系统生成序列的 不确定性和随机性，又需要生成的混沌随机数生成器具有较强的抗攻击性。在上述研宄中 已经通过对混沌序列密码周期性的验证和检测发现，现有的混沌序列生成器生成的混沌序 列密码都不可避免的具有大量的局部周期现象，这也证实了数字混沌序列内部的不稳定性 和局部随机性弱化的问题。即利用数字系统实现混沌运算时，混沌系统的时域值受到有限 精度和量化方法的影响，由于迭代运算引入了量化误差，计算精度和量化误差之间对混沌 序列密码的影响尚无确定的估计和比较方法。
[0008] 研宄表明，经过迭代产生的混沌序列，无论采用已知的哪种混沌映射方法，系统都 会很快地收敛至某个周期性轨道上，同时在一个周期现象内部还会存在大量作用于不同局 部的周期性子序列，鉴于此种局部周期现象问题对加密系统安全性的影响，考虑利用图论 和信息遍历方法结合混沌序列密码局部周期特性研宄，找到一种适于提高混沌序列密码随 机性的序列密码生成算法，以此降低混沌序列密码的局部范围内出现的弱随机现象，进而 为混沌加密系统提供一种改进的混沌序列密码随机数生成器算法。
[0009] 针对混沌序列密码中的周期现象，人们提出了两类方法用以改善混沌序列密码随 机性，提高序列周期性。一类方法通过提高计算精度改善混沌序列密码的周期性，另一类方 法利用其他伪随机序列对混沌系统进行扰动，以此生成周期更长的混沌序列密码。尽管这 些方法可以增加混沌序列密码的周期长度，但在实际应用中还存在缺陷。如克服有限精度 问题需要使用更高精度数据运算方法，实现这样的算法需要速度高，容量大的计算芯片，这 样的硬件设备为加密系统的构建增加了硬件开销。扰动方法虽然可以增加混沌序列密码的 周期长度，但输出序列周期受扰动信号控制，系统整体周期被扰动信号随机性限制。由于这 类扰动序列常常具有m序列的某些性质，使得输出序列的动力学特性存在退化风险，同时 还不能保证有效减少作用于不同局部的周期性子序列数量。上述方案不能很好的改善数字 化混沌系统由有限精度而引起的周期问题。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是为了解决现有生成的混沌序列密码出现局部周期现象的问题，本 发明提供一种基于logistic混沌映射转移轨道判决的序列密码生成系统。
[0011] 本发明的一种基于logistic混沌映射转移轨道判决的序列密码生成系统，
[0012] 所述序列密码生成系统包括密钥种子生成器、确定性系统、不定混沌系统和密钥 生成器；
[0013] 密钥种子生成器，用于通过枚举[0, 1]范围内不同的混沌初值，为构造序列密码 制造初始种子；
[0014] 确定性系统，输入初始种子，通过量化轨道和给定参数下迭代产生确定混沌系统 的二值状态序列；
[0015] 所述确定性系统为对不可能经Logistic迭代运算达到的值以及从这些值出发的 极大转移轨道进行遍历、量化的线性系统；
[0016] 不定混沌系统，输入初始种子，通过数值量化和给定参数下迭代产生不定混沌系 统的二值状态序列；
[0017] 所述不定混沌系统为经典Logistic映射确定的任意短周期随机数发生系统；
[0018] 密钥生成器，将确定性系统的二值状态序列和不定混沌系统的二值状态序列进行 异或操作，生成标准的二值序列作为序列密码输出。
[0019] 所述确定性系统，以初始种子作为起始点，逐一对值域中的状态值进行遍历判别， 对符合判别条件的状态值，量化所述状态值对应的转移轨道，做为在给定参数下迭代产生 确定性系统的二值状态序列输出。
[0020] 所述确定性系统，逐一对值域中的状态值进行遍历判别，对符合判别条件的状态 值，量化所述状态值对应的转移轨道的方法为：
[0021] 首先，判断值域中的状态值出发的状态转移轨道是否为极大转移轨道；
[0022] 若是极大转移轨道，则进行极大转移轨道量化；
[0023] 否则，线性递减所述状态值，并重新判断对应的转移轨道是否为极大转移轨道；
[0024] 所述判断由所述迭代状态值出发的状态转移轨道是否为极大转移轨道的方法为： 假设状态值XtG[0, 2n_l]，
[0025] 如在区丨'!
:不存在偶数，则从&出发的状态转移 路径为一条极大转移轨道，否则，不是极大转移轨道。
[0026] 所述进行极