[發明專利]基于混沌的恩尼格瑪加密方法

有效

• 申請號: 201110373139.7
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102412960A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 朱志良;卜超;于海;劉國奇
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及加密系統，用于數據與信息保護，特別涉及一種基于混沌的恩尼格瑪加密方法。

背景技術

恩尼格瑪(Enigma)的加密機制：恩尼格瑪(Enigma)是一臺便攜式的電子機械裝置，其內部的主要結構如圖1所示，為了描述其加密原理，簡化為只取六個字母的內部結構示意圖2，在圖2中可以看到，恩尼格瑪(Enigma)主要分為鍵盤(Keyboard)、轉子(Scrambler?Unit)和顯示器(Lamp?Board)三個部分。每個轉子左右對應關系是不一樣的，且均可以逆時針旋轉。加密時，需要先設置好三個轉子的初始位置作為密鑰，由鍵盤鍵入明文，經過三個轉子的替換，相應的密文在顯示器上顯示，所述的轉子，是指明文與其置換輸出值之間的映射關系，為方便解釋映射關系，將其抽象為轉子在圖中顯示。

在每個明文被加密后，第一個轉子就自動地逆時針轉動一個字母的位置。當第一個轉子轉過一個周期后，會有一個齒撥動第二個轉子逆時針轉過一個字母位置，依次往下，如圖2所示，給出的是簡化為三個轉子的情況。

恩尼格瑪(Enigma)的設計使譯碼的過程和編碼的過程比較容易實現。由加密過程可以看出，Enigma不是一種簡單替換密碼。同一個字母在明文的不同位置時，可以被不同的字母替換，而密文中不同位置的同一個字母，可以代表明文中的不同字母，這就使密碼分析中的頻率分析法在這里失去了作用。恩尼格瑪(Enigma)加密時轉子左右對應關系的生成方式近似非線性機制，從而加密有限長度的明文得到的密文大致呈現均勻分布。

上述這種電子機械裝置，對明文的長度要求是有一定的限制的，一但明文長度過長，就要通過增加電子機械裝置的體積的方式來保證加密方法的安全性，體積過大又導致不便于使用，致使這種結構的電子機械裝置很難被廣泛使用。

目前采用的方法，是在原來電子機械裝置的基礎上，通過電路系統實現出來，如圖3所示，這種電路系統的實現克服了以往需要以犧牲體積方式來實現的缺點，但是無論原始機械Enigma還是現在的電路式Enigma實現方法都存在兩個主要的問題使其在現代技術下不安全：

(1)當較長的明文由Enigma加密后，得到的密文分布不均勻，呈現出一定的周期性特征，這比較容易被破解；

(2)另一個問題是Enigma幾乎不存在擴散性，即改變明文的1bit，得到的密文中，只有改變的明文對應的密文是變化的，其他密文和原來的密文(沒改變明文時加密得到的)相同，這很容易利用差分攻擊破解，不具備雪崩效應的特性。

發明內容

針對現有方法存在的不足，本發明提出一種基于混沌的恩尼格瑪加密方法，以克服恩尼格瑪加密密文易被破解的缺陷。

本發明的技術方案是這樣實現的：本發明基于混沌的恩尼格瑪加密方法，包括以下步驟：

步驟1：設置初始參數，所述初始參數包括：明文與其置換輸出值之間的映射關系、第一密鑰和第二密鑰；

步驟1-1：建立明文與其置換輸出值之間的映射關系，公式為：

y₁＝f₁(x)，y₂＝f₂(x)，…y_i＝f_i(x)，y_i+1＝f_i+1(x)，…y_N＝f_N(x)；

式中，y_i＝f_i(x)表示第i個映射關系，即整數數組第x位置對應的元素整數值為y_i，其中，x表示整數數組元素的位置，所述的整數數組共有M+1個元素，x的取值為0-M之間的整數；y表示整數數組內元素的整數值，所述數組內的M+1個元素值都不相同，且y的取值也為0-M之間的整數；N表示映射個數；

所述的映射關系y_i＝f_i(x)由隨機函數產生；

所述的N個不同的映射關系f₁(x)，f₂(x)，...f_i(x)，f_i+1(x)，...f_N(x)共有N！種不同順序的排列方式；

步驟1-2：確定第一密鑰：為任意0-1之間的小數；

步驟1-3：確定第二密鑰，方法為：取步驟1-1中N！種不同順序的排列方式中的一種排列作為第二密鑰；

步驟2：采用混沌映射方法，確定混沌狀態值，方法為：