一种硬件可实现的快速和安全的Logistic混沌加解密方法技术

本发明专利技术提供一种硬件可实现的快速和安全的Logistic混沌加解密方法，所述方法包括加密过程和解密过程，加密过程和解密过程相同，不破坏原有的应用体系。和以往的Logistic混沌加解密方法相比，该方法将Logistic混沌映射进行离散化操作，使其适用于硬件电路，不需要对该系统的密钥再进行扩展位宽和四舍五入操作，提升了电路处理的性能。同时该混沌加解密方法还结合线性反馈移位寄存器，提升了该加密算法的性能，使得加密数据安全性更高。该加密方法尤其适合安全系数要求比较高，速度要求比较快的场合。

A hardware implemented fast and secure Logistic chaotic encryption and decryption method

The present invention provides a hardware implementation of a fast and secure Logistic chaotic encryption method, the method includes the process of encryption and decryption process, the same process of encryption and decryption process, does not destroy the original application system. Compared with the previous Logistic chaotic encryption method, this method combines Logistic discrete chaotic mapping operation, which is suitable for the hardware circuit, the system does not need the key of further expansion interface and four to five homes in operation, to enhance the performance of the circuit processing. At the same time, the chaotic encryption and decryption method also combines the linear feedback shift register, which improves the performance of the encryption algorithm, and makes the encrypted data more secure. This encryption method is especially suitable for occasions with high safety factor requirements and relatively fast speed requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种硬件可实现的快速和安全的Logistic混沌加解密方法
本专利技术涉及数据传输安全领域，具体涉及一种数据与图像加密技术。
技术介绍
混沌现象在1963年被发现之后得到不断发展，与密码学相结合之后得到的混沌算法被大量的用于数据加密传输，其中一种典型离散混沌映射Logistic映射，其具有初值和参数敏感性，遍历性等混沌特性可用于加解密操作，其具体操作流程如附图1和附图2所示。但由于硬件精度的问题，需要对Logistic混沌映射方程进行离散操作，这么操作的同时也就暴露了一些缺点，即Logistic混沌方程取值范围变少了，很容易被暴力破解。结合了LFSR(LinearFeedbackShiftRegister，线性反馈移位寄存器)的Logistic混沌映射系统就可以解决这一问题，同时LFSR可以根据Logistic混沌映射离散的空间来自适应扩展相应的维度，扩展维度越高，得到的密钥空间就越大，安全性能也就越高，但相应运算速度降低了。结合了LFSR的Logistic混沌映射系统，其简单的运算过程容易在硬件上完成，在速度上硬件实现又比软件占优势，所以结合了LFSR的Logistic混沌映射系统在硬件上实现是提升算法的首选。为了适应数据流水线操作和算法的独立性，要解决密钥存取的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中Logistic混沌方程取值范围变窄，结合LFSR，提供一种既能够增加破解难度、提高数据安全性又能够加快数据处理速度的数据加密方式。该加密方法尤其适合安全系数要求比较高，速度要求比较快的场合。本专利技术具体采用如下技术方案：一种硬件可实现的快速和安全的Logistic混沌加解密方法，其特征在于，所述方法包括加密过程和解密过程，加密过程和解密过程相同，先将Logistic混沌系统进行离散化，不对混沌系统的密钥进行扩展和四舍五入操作，然后结合LFSR，采用内部链式结构生成全新密钥，采用流水线结构与加密或解密明文进行加密或解密操作。其中，所述内部链式结构是：对离散化的Logistic混沌系统赋予初值和参数所得的结果作为离散方程下一轮初始值；对LSFR赋予初始状态后所得的结果作为下一轮的状态初值；上述两个结果进行算法运算得到新的密钥。所述流水线结构是：内部链式结构生成的密钥存于RAM中，然后根据加解密明文顺序依次循环调用RAM中的密钥进行算法运算。具体的，加密过程如下：1-1、对Logistic混沌方程中的变量扩展为整型变量，完成Logistic混沌系统的离散化操作，然后赋予初值和参数，得到一轮运算结果；1-2、对LFSR赋予初始状态得到一轮输出数据；1-3、将步骤1-1得到的运算结果和1-2得到的输出数据进行异或操作得到新的密钥存入RAM中；1-4、根据所需密钥长度，将步骤1-1得到的新一轮运算结果和1-2得到的新一轮输出数据分别带回原Logistic混沌方程和LFSR，重复步骤1-1～1-3，然后进入步骤1-5；1-5、加密明文根据单个密钥宽度进行封装，然后调用RAM中的密钥，得到加密密文，此过程只需要两个运算时钟周期，下面则进入流水操作，然后对加密密文封装，回到加密明文入口时的数据格式，完成一次明文加密工作；解密过程如下：2-1、对Logistic混沌系统方程中的变量扩展为整型变量，完成Logistic混沌系统的离散化操作，然后赋予初值和参数，得到一轮运算结果；2-2、对LFSR赋予初始状态得到一轮输出数据；2-3、将步骤2-1得到的运算结果和2-2得到的输出数据进行异或操作得到新的密钥存入RAM中；2-4、根据所需密钥长度，将步骤2-1得到的新一轮运算结果和2-2得到的新一轮输出数据分别带回原Logistic混沌方程和LFSR，重复步骤2-1～2-3，然后进入步骤2-5；2-5、解密明文根据单个密钥宽度进行封装，然后调用RAM中的密钥，得到解密密文，此过程只需要两个运算时钟周期，下面则进入流水操作，然后对解密密文封装，回到解密明文入口时的数据格式，完成一次解密工作。本专利技术具有如下有益效果：Logistic混沌映射进行离散化操作，使其适用于硬件电路，不需要对该系统的密钥再进行扩展位宽和四舍五入操作，提升了电路处理的性能。同时Logistic混沌映射系统与LFSR相结合来提升算法密钥的安全性。内部链式结构使得每一次的迭代变换都与上一次变换后的数据相关，提高了数据的安全性。流水线结构仅需第一个加解密数据等待2个运算周期，以后每一个运算周期都会有加解密数据输出，加快了数据处理速度，同时密钥自身又有很强的独立性。本专利技术加解密方法的加密和解密过程相同，不破坏原有的应用体系，尤其适合安全系数要求比较高，速度要求比较快的场合。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步说明。图1为现有Logistic混沌加解密方法加密过程流程图。图2为现有Logistic混沌加解密方法解密过程流程图。图3为本专利技术的快速高性能的Logistic混沌加解密方法加密过程流程图。图4为本专利技术的快速高性能的Logistic混沌加解密方法解密过程流程图。具体实施方式如图3和图4所示，所述的内部链式结构是：LFSR把每轮变换后的输出数据作为反馈给输入端，离散后的Logistic把每轮的运算结果反馈为下一轮方程的输入。所述的流水线结构是：LFSR和Logistic每轮运算结果进行算法操作送入RAM中，然后根据加解密明文顺序依次循环调用RAM中的密钥进行算法运算。此处的算法操作可以有加、减、同或、异或等操作，本具体实施方式选用的是异或操作，异或操作不用考虑进位和借位问题，同时可以使相邻数据的相关性变弱。如图3所示，加密过程详细步骤如下：1-1第一个周期内对Logistic混沌系统方程中的变量扩展为整型变量，完成Logistic混沌系统的离散化操作，然后赋予初值和参数，得到一轮结果，经过离散化操作得到的一轮密钥不需要位扩展和四舍五入操作，节省去了硬件电路处理密钥的时间。1-2第一个周期内对LFSR赋予初始状态得到一轮结果。1-3第二个周期内将1-1和1-2得到的结果进行异或操作得到新的密钥存入RAM中。1-4第三个周期内根据所需密钥长度，对1-1和1-2中得到的新一轮结果分别带回原Logistic混沌方程和LFSR，再次得到一轮结果，继续进行1-3操作，RAM中的密钥安全性变得更高，然后进入步骤1-5。1-5第三个周期加密明文根据单个密钥宽度进行封装，然后调用RAM中的密钥，得到加密密文，此过程只需要两个运算时钟周期，下面则进入流水操作，然后对加密密文封装，回到加密明文入口时的数据格式，完成一次明文加密工作。如图4所示，解密过程详细步骤如下：2-1第一个周期内对Logistic混沌系统方程中的变量扩展为整型变量，完成Logistic混沌系统的离散化操作，然后赋予初值和参数，得到一轮结果，经过离散化操作得到的一轮密钥不需要位扩展和四舍五入操作，节省去了硬件电路处理密钥的时间。2-2第一个周期内对LFSR赋予初始状态得到一轮结果。2-3第二个周期内将2-1和2-2得到的结果进行异或操作得到新的密钥存入RAM中。2-4第三个周期内根据所需密钥长度，对2-1和2-2中得到的新一轮结果分别带回原Logistic混沌方程和LFSR，再次得到一轮结果，继本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬件可实现的快速和安全的Logistic混沌加解密方法，其特征在于，所述方法包括加密过程和解密过程，加密过程和解密过程相同，先将Logistic混沌系统进行离散化，不对混沌系统的密钥进行扩展和四舍五入操作，然后结合LFSR，采用内部链式结构生成全新密钥，采用流水线结构与加密或解密明文进行加密或解密操作。

【技术特征摘要】
1.一种硬件可实现的快速和安全的Logistic混沌加解密方法，其特征在于，所述方法包括加密过程和解密过程，加密过程和解密过程相同，先将Logistic混沌系统进行离散化，不对混沌系统的密钥进行扩展和四舍五入操作，然后结合LFSR，采用内部链式结构生成全新密钥，采用流水线结构与加密或解密明文进行加密或解密操作。2.根据权利要求1所述的一种硬件可实现的快速和安全的Logistic混沌加解密方法，其特征在于，所述内部链式结构是：对离散化的Logistic混沌系统赋予初值和参数所得的结果作为离散方程下一轮初始值；对LSFR赋予初始状态后所得的结果作为下一轮的状态初值；上述两个结果进行算法运算得到新的密钥。3.根据权利要求1所述的一种硬件可实现的快速和安全的Logisti...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，胡正华，刘玉翠，赵霞，沈克强，王刚，刘勇，董乾，张林，陈帅，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32