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忆阻器混沌及PC机文件加密系统的设计

作　者: 王大朋
导　师: 王光义
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 混沌记忆电阻混沌密码算法文件加密系统
分类号: TN918.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 3次
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内容摘要

在如今的信息时代中，计算机已成为人们必不可少的工具，但随之产生而来的信息安全问题已成为一个重要的挑战性课题。混沌对参数和初始值的极度敏感性使其具有不可预测性，这使得它具有传统密码的优良特性，混沌密码学已成为一种极具潜力的新型密码设计方法。忆阻器是一个具有记忆特性的非线性电阻，除在非遗失性存储器、人工神经网络等领域有着重要的应用前景外，它还能构成性能优良的非线性振荡电路。基于以上背景，本文研究复杂混沌系统的设计方法，构造了忆阻器混沌振荡电路和含有自然指数项的混沌系统，并利用它们产生的良好伪随机序列，设计了一个可以对计算机以及与计算机相连接的移动硬盘、U盘等存储设备中的文件进行加密的密码系统。本文主要的研究内容如下。（1）基于惠普实验室的TiO2忆阻器建立了磁控记忆电导的数学模型，尝试利用两个TiO2忆阻器设计实现了一种忆阻器混沌振荡电路，对其进行了动力学分析，包括平衡点及其稳定性、耗散性、李氏指数和分岔图，对其进行了MATLAB仿真和DSP数字化实现。为了产生复杂的混沌序列，还设计了一个含有双指数项的混沌系统，对其进行了分析、仿真和数字化实现，与单指数混沌系统相比它较具有更复杂的动力学特性。（2）研究了连续混沌系统的离散量化方法，建立了连续混沌系统的离散数学模型，分别利用门限阈值法和位抽取法对构造的构造的TiO2忆阻器混沌系统和双指数混沌系统进行量化，获得了混沌数字伪随机序列。基于NIST（National Institute of Standards and Technology，美国国家标准与技术）标准，采用NIST测试包对获得的混沌数字序列进行了随机性能测试，测试结果符合NIST标准。（3）设计实现一个基于JAVA语言和MySQL数据库的PC机文件加密系统。在设计中，对原始的DES、AES算法进行改进，即将混沌序列和原始的加密算法结合起来，把构造的混沌系统作为密钥序列发生器，以混沌序列作为基密钥，采用混沌-DES、混沌-AES混合算法。该系统采用JAVA语言编程和MySQL数据库对用户的信息进行存储，实现了对计算机以及与计算机相连接的移动硬盘、U盘等存储设备中的文件进行加密，对加密系统进行测试，性能良好。并且对系统做了安全性分析，密钥空间很大，足以对抗计算机的穷举攻击，因此该系统可应用于国防、军工、商业以及个人的文件信息保密领域。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  11-12
  1.3 本文的主要研究内容及结构安排  12-14
第二章混沌与密码  14-22
  2.1 混沌  14-18
    2.1.1 混沌的定义  14-15
    2.1.2 混沌的运动特征  15-16
    2.1.3 经典的混沌系统  16-18
  2.2 密码学  18-21
    2.2.1 密码学简介及发展  18-20
    2.2.2 混沌密码学  20-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章 TIO2忆阻器混沌系统与新型指数混沌  22-39
  3.1 忆阻器  22-29
    3.1.1 忆阻器的研究发展  22-23
    3.1.2 忆阻器的特性  23-24
    3.1.3 常见的忆阻器模型  24-29
  3.2 双 TiO_2忆阻器混沌系统  29-35
    3.2.1 双 TiO_2忆阻器混沌电路  29-31
    3.2.2 依赖于电路参数的动力学分析  31-32
    3.2.3 平衡点集与稳定性分析  32-33
    3.2.4 混沌系统的数字化实现  33-35
  3.3 新型的双指数混沌系统及数字化实现  35-38
    3.3.1 双指数混沌系统  35-36
    3.3.2 双指数混沌系统的动力学分析  36-37
    3.3.3 双指数混沌系统的数字化实现  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章混沌序列及加密算法  39-52
  4.1 混沌序列的抽取  39-41
    4.1.1 序列的抽取方法  39-40
    4.1.2 混沌序列的抽取  40-41
  4.2 混沌序列的 NIST 测试  41-44
    4.2.1 NIST 简介  41-43
    4.2.2 NIST 测试结果  43-44
  4.3 加密算法  44-51
    4.3.1 DES 加密算法  44-46
    4.3.2 AES 加密算法  46-50
    4.3.3 算法的安全性分析  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章文件加密系统的设计与实现  52-64
  5.1 文件加密系统的介绍  52-56
    5.1.1 系统简介  52-53
    5.1.2 Java 软件设计  53-56
  5.2 用户登陆模块  56-58
  5.3 加密系统的加密模块  58-60
  5.4 加密系统的解密模块  60-61
  5.5 文件加密系统的测试实验  61-63
  5.6 文件加密系统的安全性分析  63
  5.7 本章小结  63-64
第六章总结与展望  64-66
  6.1 工作总结  64
  6.2 研究展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
附录  71

忆阻器混沌及PC机文件加密系统的设计

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