基于MPI的分段线性混沌映射加密算法的研究

【摘要】随着计算机和网络技术的快速发展，电子商务、电子政务、电子邮件和网络游戏等应用已深度融入人们日常生活和工作中，成为不可或缺的部分。随之，信息安全问题也日益突出，甚至成为影响信息化发展的制约因素。信息加密是保障信息安全的有效方法之一，混沌映射理论非常符合信息加密理论的基本要求，将其应用到信息安全领域是当前前沿课题之一。同时，计算机处理器内核数量的不断增加，在大幅提升计算能力的同时，也促进了应用软件向并行化方向发展。因此，充分利用多核计算资源，研究和开发基于混沌映射理论的并行加密算法是目前学术界关注的热点，开展相关理论研究和技术开发具有重大的理论和现实意义。本文以分段线性混沌映射为基础，通过对混沌映射理论与密码学关系以及混沌加密技术的分析，基于消息传递接口MPI(MessagePassingInterface)，采用混沌映射理论和并行加密的方法研究和探讨信息加密和传递等关键技术问题。论文主要完成以下研究工作。针对目前Logistic混沌映射的加密问题，通过对其特性的分析，指出了存在的缺陷，给出了相应的改进措施。然后对设计这类加密算法应注意的问题进行了分析，提出了一种改进的加密算法。针对消息交换问题，基于MPI安全模型标准，提出了一种混沌密码体制的安全策略，对消息交换机制进行扩展，设计了一个增强MPI库安全性的接口，在不需要修改MPI应用程序源代码的前提下，弥补了存在的安全漏洞，提高了使用的安全性。针对并行化问题，在混沌加密算法安全设计基本准则的基础上，设计并实现了一种基于MPI的主从模块并行加密算法。针对信息加密问题，通过对分段线性混沌映射特征分析，基于MPI的模型，提出了一种加入扰动机制的分段线性混沌映射的加密方法，完成了数据通信模型的模块化设计和优化设计，并对算法进行了并行实现。通过密码安全性分析、图像加密性能分析和算法性能分析等实验，验证了算法的有效性。
【作者】王希忠；
【导师】陈德运；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，计算机应用技术，2014，博士
【关键词】并行计算；混沌加密；消息传递接口；分段线性混沌映射；

【参考文献】
[1]刘佳.河北省省级社区体育健身俱乐部的现状调查与对策研究[D].河北师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[2]张文源.SiC_p/7075复合材料的制备及磨损性的研究[D].吉林大学,材料加工工程,2014,硕士.
[3]肖粲.小户型住宅家具产品族研究[D].中南林业科技大学,设计艺术学,2013,硕士.
[4]马俊杰.A集团公司电化学分析仪器产品概念测试对用户选择偏好的影响研究[D].华东理工大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[5]余文娟.碳纳米管场效应晶体管中电子输运的理论研究[D].宁波大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[6]黄滔.原杀：清末革命派暗杀研究[D].华东师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[7]王冠楠.离子液体酸性气体吸收剂的合成、表征及吸收性能研究[D].南京大学,绿色过程化学（专业学位）,2011,博士.
[8]阎崇光.新型无机非金属矿物材料作为绿色材料在工业4.0中的应用前景[A].中国科学技术协会、广东省人民政府.第十七届中国科协年会——分15　新兴绿色产业的科技创新与投融资国际研讨会论文集[C].中国科学技术协会、广东省人民政府:,2015:4.
[9]徐健.论行政不作为的国家赔偿责任[D].湖北大学,宪法学与行政法学,2011,硕士.
[10]成阳.可信云计算服务平台研究[D].北京交通大学,2013.
[11]李丹.政府网站的信息传播机制研究[D].华中师范大学,新闻与传播,2013,硕士.
[12]孙頔.液芯光纤受激布里渊散射及放大特性研究[D].哈尔滨理工大学,光学工程,2012,硕士.
[13]王三军.论虚拟商标的法律保护[D].华中科技大学,法律,2013,硕士.
[14]吕勇哉.钢锭处理过程的模型化及计算机控制策略(上)[J].冶金自动化,1983,03:1-8.
[15]姚林芝.结构找坡钢结构梁柱节点域受力性能及其设计方法研究[D].青岛理工大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[16]李阳.伊通河流域农业面源污染负荷估算及其防治对策研究[D].东北师范大学,环境科学,2012,硕士.
[17]孙晓.知觉负载对情绪词语注意瞬脱对抗效应的影响机制[D].西南大学,基础心理学,2013,硕士.
[18]刘济楚.基于SLP的仓库功能区布置研究[D].吉林大学,物流工程,2013,硕士.
[19]李晓舒.初探如何提高初中美术欣赏课有效教学的措施[J].美与时代(中旬),2014,09:69-70.
[20]廖委.日本安全战略模式分析[D].上海外国语大学,国际关系,2012,硕士.
[21]崔乃松.针康法对脑缺血大鼠运动功能及缺血区皮质Nogo-A表达的影响[D].黑龙江中医药大学,康复医学与理疗学,2013,硕士.
[22]古春萍.自噬介导人食管癌细胞对顺铂耐药的作用及其机制研究[D].南方医科大学,药理学,2014,博士.
[23]张思聪.我国商业银行反洗钱工作问题与对策研究[D].北京交通大学,2014.
[24]陈爱朝.杭州主城区城镇污水厂污泥资源化处置方案研究[D].浙江工业大学,项目管理,2012,硕士.
[25]汤磊.井地阵列电阻率法2.5D正反演技术与应用研究[D].东华理工大学,固体地球物理学,2014,硕士.
[26]周晓光.抚育间伐强度对马尾松公益林群落结构和生态服务功能的影响[D].中南林业科技大学,生态学,2014,硕士.
[27]黄维博.干扰受限MIMO环境下的OSTBC性能分析[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[28]占文锋,王强,刘太福,吕怀杰.高分辨率地震反射技术在煤层风氧化带探测中的应用[J].煤炭工程,2015,01:53-56.
[29]高好考.K_（ATP）通道介导的一氧化氮对心肌细胞缺氧复氧损伤保护作用的研究[D].第四军医大学,内科学,2004,硕士.
[30]胡梅桦.陆两优996制种技术及两系杂交稻种子质量监控初探[D].湖南农业大学,种植业,2012,硕士.
[31]于静静,王磊,刘全俊.纳米孔单分子分析技术研究进展[J].材料导报,2015,05:110-115.
[32]卜慧娟.国际海洋环境污染的法律问题研究[D].河北经贸大学,国际法学,2014,硕士.
[33]李航.初中物理教师教学风格的形成研究[D].东北师范大学,教育,2012,硕士.
[34]张金超,杨康宁,张海松,梁兴杰.碳纳米材料在生物医学领域的应用现状及展望[J].化学进展,2013,Z1:397-408.
[35]王朋.教师信息管理系统中的存储过程的设计与实现[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[36]王楠.内蒙古电视播出机构的困境和突破[D].内蒙古大学,新闻传播,2013,硕士.
[37]刘凤.海洋假单胞菌PF-6胞外多糖的制备与性质的研究[D].大连工业大学,食品科学,2011,硕士.
[38]尚海昆.电力变压器局部放电信号的特征提取与模式识别方法研究[D].华北电力大学,电气信息技术,2014,博士.
[39]蒋海萍.蓝圆鲹蛋白制备抗氧化肽的研究[D].广西大学,化学工艺,2014,博士.
[40]周娟.W证券营业部发展战略研究[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[41]张楠楠.槐榆丸对Ⅰ、Ⅱ期内痔出血患者凝血因子影响及临床疗效观察[D].湖南中医药大学,中医外科学,2013,硕士.
[42]胡田文.先进歼击机发动机推力矢量建模与超机动飞行控制[D].南京航空航天大学,武器系统与运用工程,2013,硕士.
[43]张海波,辛保江.计及频率变化的异步迭代分布式动态潮流[J].电力系统自动化,2011,19:49-53.
[44]兰学波.高中平面解析几何有效教学研究[D].内蒙古师范大学,学科教学,2012,硕士.
[45]解俊美.饲粮维生素D对蛋雏鸭生长性能及生化指标的影响[D].东北农业大学,动物营养与饲料科学,2013,硕士.
[46]倪东梅.回用水微波无极紫外消毒工艺及作用机制研究[D].辽宁大学,环境科学,2012,硕士.
[47]金闺秀.RRM1和RRM2表达水平与宫颈癌化疗的相关性研究[D].宁波大学,外科学,2014,硕士.
[48]汪欣.深化教材教学探究[D].华东师范大学,教育,2001,硕士.
[49]张春阳.高中地理“过程与方法”目标的理论探索与实践研究[D].华中师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[50]陈海华.农民工的权益与社会保障探析[D].广西大学,政治经济学,2004,硕士.