混沌函数的无乘除混沌加/解密方法及其电路

摘要

本发明公开了一种高速高精度混沌函数的无乘除混沌加密方法和加密电路，加密电路包括明文混沌排队-混沌异或电路和混沌序列发生器；首先将排队码与混沌信号异或，变换为nd位混沌排队码，用它作为地址码，由8个数据选择器从8×2nd位并行明文中选出8个作为1字节混沌式重排队明文，此后再与另一混沌信号异或，产生1个字节密文，2nd个cp加密8×2nd位密文；混沌序列发生器每个cp生成8×(2nd+nd)位混沌输出，其中用按位异或实现减法运算N-1-| xi|等，用减法实现乘法μi×数据；有排队码密钥、初值密钥和μ值密钥，安全性高；取nd＝4，加密128位明文约需1.7μs；可用FPGA、CPLD和ASIC等实现，用于网络安全技术领域，特别是无线网络和无线传感器网络。

主权项

1.一种混沌函数的无乘除混沌加密方法，其特征在于：该混沌加密方法包括明文混沌排队-混沌异或方法和混沌序列生成方法两大部分；所述的明文混沌排队-混沌异或方法如下：记$N_{\mathrm{ra}}=n_{\mathrm{ra}}\times n_d\times 2^{n_d},$N_xor＝8×n_d，$N_{\mathrm{data}}=8\times 2^{n_d},$K＝N_xor+N_data；在控制电路作用下，明文N_data电路由计算机按中断方式输入N_data位明文；排队码密钥电路是N_ra位循环右移移位寄存器，它已存入n_ra组排队码密钥，它输出n_d位排队码每循环周期有拍，每拍1个时钟cp；①每循环第1拍将混沌序列发生器生成的K位混沌输出Y_K-1～Y₀分别置入N_data位移位寄存器和N_xor位D锁存器，为下步作准备；②第2拍，首先将排队码变换为混沌排队码，措施是：排队码分别与N_xor位D锁存器的混沌输出作按位异或运算，得出8个混沌排队码；接着按混沌排队码进行明文混沌式重排队，措施是：8个混沌排队码分别接到8排队数据选择器的地址码输入；该数据选择器数据输入接明文N_data电路的N_data位明文输出，该数据选择器输出端为rsh₁～rsh₈，于是该数据选择器按各自的混沌排队码从N_data位明文中选择出8个作为1个字节混沌式重排队明文rsh₁～rsh₈；最后产生1个字节的密文，措施是：rsh₁～rsh₈接8个异或门输入端shz₁～shz₈；shz₁～shz₈与N_data位移位寄存器的输出混沌信号Q₁₀～Q₁₇作按位异或运算，在8个异或门输出端sho₁～sho₈产生1个字节密文，sho₁～sho₈接外输出Z₀～Z₇；以此同时为下步作准备，措施是：该cp使排队码密钥电路和N_data位移位寄存器都右移，各自形成新的输出和Q₁₀～Q₁₇；③第拍重复第2拍过程，在第拍，产生个串行字节形式密文，完成N_data位明文的混沌加密；按同样方式对下一个N_data位明文进行混沌加密；所述的混沌序列生成方法是建立在一种混沌函数f(x_i)基础上，f(x_i)表示为N＝2^K，K＝正整数    式一|x_i|∈[0，2N-1]，|μ_i|∈[0，2]    式二依据所述混沌函数f(x_i)完成的混沌序列生成方法如下：取μ_i≥0，存储混沌值x_i的混沌锁存器由K+1个D锁存器Q_KQ_K-1Q_K-2～Q₀组成，其中Q_k存x_i的符号，Q_K-1 Q_K-2～Q₀存x_i的绝对值|x_i|；初值密钥电路存混沌锁存器初始值，μ值密钥电路存序列μ_i值；前导码判定电路判定发送信号是否来到，信号未来到，开启触发器Q_S＝0，将混沌锁存器置入初始值；信号来到，立即置Q_S＝1，启动混沌序列发生器，每个时钟cp完成一次混沌函数迭代运算，生成K位混沌输出Y_K-1～Y₀；生成Y_K-1～Y₀的方法是：①按位变换电路将Q_K-1和Q_K-2～Q₀作按位异或运算，由此执行式一的减法运算N-1-|x_i|或|x_i|-N，输出d_K-2～d₀；②移位数据选择器以μ_i作为数据选择器的地址码，将数据d_K-2～d₀右移4μ_i+10位，由此执行输出g_K-12～g₀；③减法电路先进行d_K-2～d₀减g_K-12～g₀＝S_K-2～S₀，接着将减法的结果S_K-2～S₀用连线向左移1位，最低位置1；即D_K-1接S_K-2，D_K-2接S_K-3，…D₁接S₀，D₀接1，由此用减法电路实现式二的乘法运算减法电路输出D_K-1D_K-2～D₀；④在cp上升沿将减法电路输出D_K-1D_K-2～D₀存入混沌锁存器Q_K-1Q_K-2～Q₀，并将Q_K-1存到Q_K；⑤混沌输出电路用Q_K和Q_K-1～Q₁按位异或运算及Q_K取反将正负二进制数Q_KQ_K-1～Q₀转化为正二进制数混沌输出Y_K-1～Y₀；对此后每个cp重复上述步骤①～⑤进行，不断产生混沌序列输出Y_K-1～Y₀。