忆阻器混沌及PC机文件加密系统的设计

【摘要】在如今的信息时代中，计算机已成为人们必不可少的工具，但随之产生而来的信息安全问题已成为一个重要的挑战性课题。混沌对参数和初始值的极度敏感性使其具有不可预测性，这使得它具有传统密码的优良特性，混沌密码学已成为一种极具潜力的新型密码设计方法。忆阻器是一个具有记忆特性的非线性电阻，除在非遗失性存储器、人工神经网络等领域有着重要的应用前景外，它还能构成性能优良的非线性振荡电路。基于以上背景，本文研究复杂混沌系统的设计方法，构造了忆阻器混沌振荡电路和含有自然指数项的混沌系统，并利用它们产生的良好伪随机序列，设计了一个可以对计算机以及与计算机相连接的移动硬盘、U盘等存储设备中的文件进行加密的密码系统。本文主要的研究内容如下。（1）基于惠普实验室的TiO2忆阻器建立了磁控记忆电导的数学模型，尝试利用两个TiO2忆阻器设计实现了一种忆阻器混沌振荡电路，对其进行了动力学分析，包括平衡点及其稳定性、耗散性、李氏指数和分岔图，对其进行了MATLAB仿真和DSP数字化实现。为了产生复杂的混沌序列，还设计了一个含有双指数项的混沌系统，对其进行了分析、仿真和数字化实现，与单指数混沌系统相比它较具有更复杂的动力学特性。（2）研究了连续混沌系统的离散量化方法，建立了连续混沌系统的离散数学模型，分别利用门限阈值法和位抽取法对构造的构造的TiO2忆阻器混沌系统和双指数混沌系统进行量化，获得了混沌数字伪随机序列。基于NIST（NationalInstituteofStandardsandTechnology，美国国家标准与技术）标准，采用NIST测试包对获得的混沌数字序列进行了随机性能测试，测试结果符合NIST标准。（3）设计实现一个基于JAVA语言和MySQL数据库的PC机文件加密系统。在设计中，对原始的DES、AES算法进行改进，即将混沌序列和原始的加密算法结合起来，把构造的混沌系统作为密钥序列发生器，以混沌序列作为基密钥，采用混沌-DES、混沌-AES混合算法。该系统采用JAVA语言编程和MySQL数据库对用户的信息进行存储，实现了对计算机以及与计算机相连接的移动硬盘、U盘等存储设备中的文件进行加密，对加密系统进行测试，性能良好。并且对系统做了安全性分析，密钥空间很大，足以对抗计算机的穷举攻击，因此该系统可应用于国防、军工、商业以及个人的文件信息保密领域。
【作者】王大朋；
【导师】王光义；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】混沌；记忆电阻；混沌密码算法；文件加密系统；

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