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面向铁路应答器的轻量混沌分组密码研究
| 论文题名： | 面向铁路应答器的轻量混沌分组密码研究 |
| 关键词： | 高速铁路;列控系统;应答器;分组密码;动态S盒;整数混沌 |
| 摘要： | 随着我国高速铁路系统的运营越来越依赖于自动化及无线通信技术，数据的安全传输对于保障千万旅客的人身安全具有重要意义。应答器是铁路列控系统中的关键设备，其与车载查询器之间的信息交互应当采用密码技术加以防护，保证信息的安全可靠性。由于应答器需要对行车信息进行实时编码，因此，密码算法在保证行车信息安全的基础上还需具有较高的运行效率，以满足车地信息实时交互的要求。为了缓解针对应答器的密码技术研究不足的问题，本文结合整数混沌系统，针对应答器实时编码环境，研究了动态S盒和分组密码的设计、分析等内容，主要工作包括: (1)总结了分组密码的设计与分析以及混沌的基本理论。首先，介绍分组密码的体系结构、几种常用的整体结构以及安全分析理论。随后，介绍了混沌与密码学相关的特性，以及几种常用的混沌映像。 (2)基于整数逆Tent映射和整数Logistic映射，结合线性反馈移位寄存器，综合运用了扰动、混合等混沌性能改善方法，提出一种改进的混合整数混沌系统，所得整数混沌序列的自相关性能较好。基于改进的混合整数混沌系统提出一种动态S盒算法，并根据算法的特性，建立其运行时间上界的评估模型。理论与仿真分析结果表明，所提出的动态S盒算法运行效率较高，所产生的S盒具有良好的密码学特性。 (3)运用整数混沌映射构造密码部件，提出一种基于广义Feistel结构的轻量混沌分组密码LCBC。通过所提出的轻量动态S盒算法，得到一个4×4动态S盒算法，采用混沌模拟退火算法智能优选的方式，得到多个密码学特性较强，并且其非线性度和差分均匀性都达到最优的4×4 S盒。将整数二维猫映射推广到四维构造扩散部件HCT，由分支数评估结果可得，HCT具有较强的扩散性能。对LCBC进行安全性及实现性能分析，结果表明，算法具有抵抗差分分析和线性分析的能力、良好的混淆与扩散性能，安全性较高，同时，算法还具有运行效率较高、占用存储空间小的特点。 (4)将LCBC应用于应答器报文编码中，对其性能效果进行分析。介绍LCBC与现有应答器报文编码算法的兼容方法，分析应答器报文的加解密效果、直方图变化及加解密效率。分析结果表明，采用LCBC加密后的应答器报文趋近于随机信号，报文信息被充分地隐藏，同时，采用LCBC的应答器报文加密和解密具有较高的运行效率。因此，LCBC能够较好地满足应答器实时编码的要求，有效地提高应答器报文的信息安全强度。 最后，对论文工作进行全面的总结，并展望下一步的研究工作。 |
| 作者： | 石杨欣 |
| 专业： | 信息安全 |
| 导师： | 王小敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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