一种基于整数化混沌映射的动态S盒生成方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109981247A(43)申请公布日2019.07.05(21)申请号201910225703.7(22)申请日2019.03.25(71)申请人哈尔滨工业大学（威海）地址264209山东省威海市环翠区文化西路2号(72)发明人刘晶佟晓筠王翥张淼朱虹宏(51)Int.Cl.H04L9/00(2006.01)H04L9/08(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称一种基于整数化混沌映射的动态S盒生成方法(57)摘要本发明公开了一种基于整数化混沌映射的动态S盒生成方法，属于物联网信息安全技术领域，依次包括以下步骤：一，对0-255的序列做一轮混沌映射f(x)，并生成三个4bitS盒记为S1,S2和S3，其中f(x)可以采取任意混沌方程，但必须保证双射特性，对于生成的序列f(0),f(1)…f(255)，将f(x)转换为二进制，令前4bit为a，后4bit为b；二，将a与b分别做一轮混沌映射f(x)，得到的结果记为a1和b1；三，让a1进入S1盒，将结果与b1异或并记为b2，即b2＝S1(a1)⊕b1；四，让b2进入S2盒，将结果与a1异或并记为c，即c＝S2(b2)⊕a1；五，让c进入S3盒，将结果与b2异或并记为d，即d＝S2(c)⊕b2；六，将输出c|d转换为十进制即可作为S盒的整数输出。本发明使得加密算法在保证安全性的同时减轻计算和存储的负担。CN109981247ACN109981247A权利要求书1/1页1.一种基于整数化混沌映射的动态S盒生成方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、对0-255的序列做一轮混沌映射f(x)，并生成三个4bitS盒记为S1,S2和S3，其中f(x)可以采取任意混沌方程，但必须保证双射特性，对于生成的序列f(0),f(1)…f(255)，将f(x)转换为二进制，令前4bit为a，后4bit为b，生成4bitS盒的方法如下：令输入4bit数据为X＝X4X3X2X1，f1为二元非线性函数，f2为线性函数，将X4作为S盒输出结果的第三位，即X’3＝X4，再将X3作为S盒输出结果的第二位，即X’2＝X3，然后将X2与f1(X3,X4)异或的结果作为f2的输入，并将结果作为S盒输出结果的第一位，即X’1＝X2⊕f1(X3,X4)，最后将f2的结果与X1异或，并将结果作为S盒输出结果的第四位，即X’4＝X1⊕f2，这样得到的X’＝X’4X’3X’2X’1即为4bitS盒的输出；步骤二、将a与b分别做一轮混沌映射f(x)，得到的结果记为a1和b1，所述的混沌映射为整数Logistic映射，其表达式为2Zn+1＝4Zn-2Zn/a，Zn∈(0,2a]；步骤三、让a1进入S1盒，将结果与b1异或并记为b2，即b2＝S1(a1)⊕b1；步骤四、让b2进入S2盒，将结果与a1异或并记为c，即c＝S2(b2)⊕a1；步骤五、让c进入S3盒，将结果与b2异或并记为d，即d＝S2(c)⊕b2；步骤六、将输出c|d转换为十进制即可作为S盒的整数输出。2CN109981247A说明书1/6页一种基于整数化混沌映射的动态S盒生成方法技术领域[0001]本发明属于物联网信息安全技术领域，具体涉及一种基于整数化混沌映射的动态S盒生成方法。背景技术[0002]当今世界是信息化的时代，科技的进步使得物联网逐步成为人们生活的一部分。物联网(Internetofthings,IOT)是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代重要发展阶段的产物。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，具有重大的科学意义和应用价值。然而，与此同时大量的信息也无时无刻不被滥用与窃取。为了提高信息安全性，密码学成了当前一个研究热点，而S盒作为密码算法中的非线性部件，对分组密码系统中起着核心作用，故提高S盒的设计水平可以获得高可靠性的密码。[0003]传统密码学中采用代数方法构造S盒，虽然可以获得很高的非线性度，但是由于结构过于简单，差分性能相对较弱，无法抵抗代数攻击。混沌系统由于具有遍历性、混合性、对初始条件和参数的敏感等优点，可以用来设计更理想的S盒。因此，基于混沌系统的S盒研究引起了信息安全领域研究人员们的重视，利用混沌系统的优良特性构造新型S盒成为信息安全领域的一个热门研究方向。混沌理论在20世纪60年代提出后，经过近10年的发展，最终在70年代基本确立。已有研究表明，混沌系统的特性与密码学中的某些性质极其相似，如：密码学中，根据初始密钥生成密钥流，而混沌的状态序列依赖于映射的初始值和控制参数；传统密码算法中，通过迭代加密系统，进行扰乱和扩散，在