[發明專利]基于耦合混沌映射系統的并行偽隨機比特發生器

有效

• 申請號: 201210364841.1
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102904715A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 王世紅;梁仁夫;周琥
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L9/22
• 分類號: H04L9/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及信息安全技術領域，是基于耦合混沌映射系統的并行偽隨機比特發生器。

技術背景

偽隨機數在蒙特卡羅計算、文本加密、圖像加密和視頻加密以及在密碼協議中的密鑰、初始化變量中有著廣泛的應用，因此隨機數發生器的研究在統計物理和現代密碼中有著重要的地位。偽隨機數發生器產生的序列要求具有盡可能大的周期和良好的隨機性。

由于混沌軌道對初值和參數的敏感性，以及混沌信號的偽隨機性，近年來，許多研究者應用混沌動力學來構建偽隨機數發生器。從現有的研究成果來看，比較有競爭力的一類是以時空耦合混沌映射格子為基礎的混沌偽隨機數發生器。與低維系統相比，時空混沌系統具有多個正的李雅普諾夫指數，增加了系統的復雜性和周期。混沌運算是基于實數域的，因此已有的基于混沌的隨機數發生器的設計大多適用于軟件操作環境，用于平移到硬件平臺上存在著操作代價高，運行效率低的缺點。

本發明特制了全新的、基于混沌耦合映射的并行偽隨機比特發生器，其主要特點是采用一維耦合混沌映射系統，通過選擇有效的參數，保證了系統的時空混沌復雜性，也通過有限的、方便的移位操作不僅使輸出的序列具有良好的統計特性，而且適用于硬件平臺；同時可用于并行輸出隨機比特序列。

發明內容

本發明的目的是設計可用于硬件實現、適用于并行操作、高效率的偽隨機比特發生器。基于耦合混沌映射系統的并行偽隨機比特發生器，其過程特征在于以下處理步驟：

A1)通過初始化模塊，把偽隨機比特發生器的初始值(也稱為種子)通過非線性變換擴展產生耦合混沌映射系統的初始值；

A2)把擴展產生的耦合混沌映射系統的初始值輸入耦合混沌映射系統，經過耦合混沌映射系統的作用，并行輸出多路混沌序列；

A3)把輸出的混沌序列通過輸出模塊的處理，并行輸出滿足測試標準的隨機比特序列。

在A1中，64比特的初始值通過非線性變換擴展成32N比特，產生耦合混沌映射系統的N個初始值x₀(i)，i＝1，2，...，N，N為耦合映射的個數，N≥4，每個x₀(i)都是屬于[0，2³²)區間上的整數；若有全部相等的初始值，即x₀(i)＝x₀(1)，i＝2，3，...，N，輸出的初始值變化為x₀(i)＝x₀(1)+10000×i，i＝2，3，...，N，其中符號+為模2³²加法。

在A2中，把A1中擴展產生的耦合混沌映射系統的初始值輸入耦合混沌映射系統，所述的耦合混沌映射系統滿足

x_n+1(i)＝(1-ε₁-ε₂)f(x_n(i))+ε₁f(x_n(i+1))+ε₂f(x_n(i-1))，i＝1，2，...，N，

其中n＝0，1，2，...為離散時間步數；i為耦合映射位置坐標，N為耦合映射格子的長度；采用周期邊界條件x_n(0)＝x_n(N)，x_n(N+1)＝x_n(1)；f(x)＝ax?mod?2³²是移位映射，a∈(1，2]；ε₁和ε₂為耦合強度，滿足ε₁＞0，ε₂＞0，且ε₁≠ε₂，1-ε₁-ε₂＞0；

而且，所述的耦合混沌映射系統要求參數a，ε₁和ε₂的選擇使得耦合系統為時空混沌系統，同時為了使復雜的乘法運算轉化為簡單的移位操作，取參數為如下形式