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基于混沌算法的高端装备指令数据加密方法
作者:网站采编关键词:
摘要：在大数据时代的背景下，如何保证与国家制造业发展密切相关的高端装备指令数据安全，进行高效安全的数据加密十分重要[1]。传统数据加密算法有分组加密算法，高级加密标准(AES)、
在大数据时代的背景下，如何保证与国家制造业发展密切相关的高端装备指令数据安全，进行高效安全的数据加密十分重要[1]。传统数据加密算法有分组加密算法，高级加密标准(AES)、数据加密标准等，计算数据量大、冗余度高，导致传统分组加密算法效率极低，而且传统加密算法面对各种攻击的抵抗力较低，为此近些年不少专家学者比较关注以混沌为基础的加密算法。比如，施飞等[2]进行了基于混沌映射和DNA编码的图像加密算法的研究；杨吉云等[3]研究了基于混沌系统和动态DNA编码与运算的彩色图像加密算法。除此之外还有很多专家学者对此进行了分析，在此不再赘述。正是因为混沌系统拥有不确定性以及非周期性等许多优越的特点，密码学专家将密码学与混沌理论相结合，经过不断的努力研究，得到能够利用混沌系统进行加密的算法，使得应用混沌系统的加密领域变得更加安全。基于混沌的加密算法具有密钥空间大、初始值敏感以及加密速度快等特点。在图像加密领域，基于混沌系统的加密技术已经成为重点研究对象。混沌具有复杂动力学特点，与密码学有很多相似的性质，将混沌理论应用于密码学，以混沌相关理论作为核心基础，研究实现加密算法是十分有必要和有意义的。以往采用传统方法对高端装备指令数据实施加密时，具有运算开销较大且实时加密性较差的弊端，为此，本文提出基于混沌算法的高端装备指令数据加密方法，并通过实验验证该方法的加密性能[4]。
1 指令数据加密方法设计
1.1 高端装备指令的混沌提取敏感性数据方法
为了优化高端装备指令数据的抗干扰的性能，必须使用混合映射方法实施对需加密的高端装备指令中敏感性数据的提取，按照提取结果实施特征转换与编码处理[5]。设定z、t依次描述需要加密的高端装备指令数据y的比特序列与输入混沌初始敏感性参数其中z={zj,j=1,2,…,N|zj∈Z}；t是通过对称Hash函数实施混沌加密的分段映射获取。
通过混沌映射密码体制建立高端装备指令数据加密的分段线性混沌映射方程是：
需加密的高端装备指令混沌初始值敏感性主要使用参数q调节加密密钥实现，如果q值是0.5，混沌映射属于 Logistics 映射，通过Logistics混沌映射将需加密的高端装备指令数据实施分段编码，将输出码元数目设成m的信源D=d1,d2,…,dm。按照混沌编码中各个符号存在的概率实施椭圆线性转换，则有yj=2dj-1，将编码输出的码元频次设成0与1，混沌映射描述获取加密混沌比特序列Y=y1,y2,…,ym的统计特征量Y的二项式是Zm=y1+y2+…+ym，通过二值分离方法提取需加密高端装备指令数据的关联规则特征，将获取关联规则特征量Zm的极值点设成选择需加密高端装备指令数据密钥D的一点F，按照混沌编码和加密间的关联性，建立编码映射图，如果符合获取输出混沌Logistic映射的正泰分布特征则需要加密输出的高端装备指令数据关联映射收敛是：
其中:s表示关联性；d表示求导；v表示输出码元数目。
1.2 基于混沌映射的加密方法
因为本文需要加密的目标属于高端装备指令数据，因此，基于1.1小节获取的高端装备指令中敏感数据建立成序列{Yj}，并将它映射为通过整数建立的伪随机序列后设成加密密钥[6-7]。一般使用的映射方法是选择{Yj}小数点后几位非无效数字建立的整数[8]。所以，提出一种基于混沌映射的加密方法如图1所示，信息加密后的信息对比如图2所示。
图1 基于混沌映射的加密方法原理框图
图2 加密前后信息对比框图
由图1可知，基于混沌映射的加密方法的加密步骤如下：
1) 置换，即在明文中的元素被重新排列。对它们的基本要求是不丢失信息(即所有操作都可逆转)，先加密后再解密，原始的明文将恢复出来，下面的等式必成立：
明文用M(消息)或P(明文)表示，M指待加密的消息,密文用C表示，将明文M利用加密函数E和密钥K1加密得到密文C，用数学公式表示为
加密函数E表示为
2) 用Logistic映射生成混沌序列，由初始值y0在Logistic映射的作用下所产生的序列{y0，β=0,1,2,3,…}(y0与β属于Logistics方程参数)是非周期的、不收敛的，并对初始值非常敏感。在开区间(0，l)中随机取一个数作为迭代初值，迭代N回后获取Yj，y0∈Yj。将Yj进行256取余，之后和通过转换后的明文获取加密密文。
由于Logistics映射具有混沌序列规律性与遍历性强、对初值具有敏感性等优点，因此采用Logistics混沌映射进行解密。解密步骤属于加密的逆步骤，y0与β属于Logistics方程的参数，迭代N回后获取Yj，y0∈Yj。将Yj进行256取余，之后和通过转换后的明文异或后获取加密密文[9-10]。明文通过转换后，确保衍生的序列各值和需要加密明文的全部值存在一致性，能够优化高端装备指令数据的安全性[11-13]。
文章来源：《医疗装备》 网址: http://www.ylzbzz.cn/qikandaodu/2021/0304/1028.html
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