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一个一维离散混沌判定定理及其在伪随机数发生器中的应用

臧鸿雁 李玖 李国东

臧鸿雁, 李玖, 李国东. 一个一维离散混沌判定定理及其在伪随机数发生器中的应用[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(8): 1992-1997. doi: 10.11999/JEIT171139
引用本文: 臧鸿雁, 李玖, 李国东. 一个一维离散混沌判定定理及其在伪随机数发生器中的应用[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(8): 1992-1997. doi: 10.11999/JEIT171139
Hongyan ZANG, Jiu LI, Guodong LI. A One-dimensional Discrete Map Chaos Criterion Theorem with Applications in Pseudo-random Number Generator[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(8): 1992-1997. doi: 10.11999/JEIT171139
Citation: Hongyan ZANG, Jiu LI, Guodong LI. A One-dimensional Discrete Map Chaos Criterion Theorem with Applications in Pseudo-random Number Generator[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(8): 1992-1997. doi: 10.11999/JEIT171139

一个一维离散混沌判定定理及其在伪随机数发生器中的应用

doi: 10.11999/JEIT171139
基金项目: 国家自然科学基金(11461063),新疆维吾尔自治区自然科学基金(2017D01A24)
详细信息
    作者简介:

    臧鸿雁:女,1973年生,副教授,研究方向为混沌系统理论及混沌密码学

    李玖:男,1995年生,硕士生,研究方向为混沌系统理论及图像加密

    李国东:男,1972年生,教授,研究方向为细胞神经网络和混沌密码学

    通讯作者:

    李国东  lgdzhy@126.com

  • 中图分类号: O415.5; TP309.7

A One-dimensional Discrete Map Chaos Criterion Theorem with Applications in Pseudo-random Number Generator

Funds: The National Natural Science Foundation of China (11461063), The Xinjiang Uygur Autonomous Region Natural Science Foundation (2017D01A24)
  • 摘要: 该文研究了一类取模运算的1维离散动力系统,提出了一个这类离散映射的混沌判据,利用Marotto定理证明了其混沌的存在性。给出了几个满足该判据的特殊形式的系统,分析了其分岔图、Lyapunov指数谱等基本动力学性质,通过模拟结果验证了理论的正确性。基于新系统设计了一个伪随机数发生器(PRNG), SP800-22随机性检测结果表明了该序列具有良好的伪随机性。进一步给出了一个图像加密方案,其密钥空间可以达到2747。该文提出的新系统的系统参数可以无穷多,所以理论上该加密方案的密钥空间可以无穷大。
  • 图  1  系统式(15)的分岔图

    图  2  系统式(15)的Lyapunov指数谱

    图  3  系统式(16)的分岔图

    图  4  系统式(16)的Lyapunov指数谱

    图  5  图像的加解密效果图

    表  1  SP800-22随机性检验结果

    检测项目 给定初始值 参数扰动100次
    P-值 检测结果 拟合优度P-值 通过率
    频率测试 0.1493 通过 0.8978 0.97
    块内频率测试 0.6436 通过 0.3041 0.99
    向前累积和测试 0.2777 通过 0.3191 0.97
    向后累积和测试 0.1971 通过 0.8832 0.98
    游程测试 0.3875 通过 0.1453 0.97
    块内最长连续1测试 0.5564 通过 0.4559 1.00
    二元矩阵秩测试 0.0523 通过 0.9463 1.00
    离散傅里叶变换测试 0.1445 通过 0.4373 0.99
    非重叠模板匹配测试 0.5761 通过 0.7598 0.99
    重叠模板匹配测试 0.2961 通过 0.1719 0.98
    全局通用统计测试 0.2253 通过 0.9963 0.99
    近似熵检测 0.5118 通过 0.6579 1.00
    随机偏移测试 0.0246 通过 0.7598 1.00
    随机偏移变量测试 0.5542 通过 0.0072 0.98
    线性复杂度测试 0.4339 通过 0.2023 0.99
    串行测试 0.9780 通过 0.4190 0.98
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    表  2  密钥空间对比表

    本文 文献[11] 文献[12] 文献[13] 文献[14] 文献[15]
    密钥空间 ${2^{747}}$ ${2^{{\rm{640}}}}$ ${2^{{\rm{273}}}}$ ${2^{{\rm{270}}}}$ ${2^{{\rm{267}}}}$ ${2^{{\rm{208}}}}$
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  • LI T Y and YORKE J A. Period three implies chaos[J]. American Mathematical Monthly, 1975, 82(10): 985–992. DOI: 10.2307/2318254.
    YU Xingmei, MIN Lequan, and CHEN Tianyu. Chaos criterion on some quadric polynomial maps and design for chaotic pseudorandom number generator[C]. Seventh International Conference on Natural Computation, Shanghai, 2011: 1373–1376.
    周海玲, 宋恩彬. 二次多项式映射的3-周期点判定[J]. 四川大学学报(自然科学版), 2009, 46(3): 561–564. DOI: 103969/j.issn.0490-6756.2009.03-009.

    ZHOU Hailing and SONG Enbin. Discrimination of the 3-periodic points of a quadratic polynomial[J]. Journal of Sichuan University(Natural Science Edition), 2009, 46(3): 561–564. DOI: 103969/j.issn.0490-6756.2009.03-009.
    YANG Xiuping, MIN Lequan, and WANG Xue. A cubic map chaos criterion theorem with applications in generalized synchronization based pseudorandom number generator and image encryption[J]. Chaos, 2015, 25(5): 053104. DOI: 10.1063/1.4917380.
    MAROTTO F R. Snap-back repellers imply chaos in Rn[J]. Journal of Mathematical Analysis & Applications, 1978, 63(1): 199–223. DOI: 10.1016/0022-247X(78)90115-4.
    CHEN Guangrong and LAI Dejian. Feedback control of lyapunov exponents for discrete-time dynamical systems[J]. International Journal of Bifurcation & Chaos, 1996, 6(7): 1341–1349. DOI: 10.1142/S021812749600076X.
    HAN Dandan, MIN Lequan, and CHEN Guangrong. A stream encryption scheme with both key and plaintext avalanche effects for designing chaos-based pseudorandom number generator with application to image encryption[J]. International Journal Bifurcation & Chaos, 2016, 26(5): 1650091-1. DOI: 10.1142/S0218127416500917.
    韩丹丹, 闵乐泉, 赵耿. 八维广义同步系统在伪随机数发生器中的应用[J]. 电子与信息学报, 2016, 38(5): 1158–1165. DOI: 10.11999/JEIT150899.

    HAN Dandan, MIN Lequan, and ZHAO Geng. Application of 8-dimensional generalized synchronization system in pseudorandom number generator[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2016, 38(5): 1158–1165. DOI: 10.11999/JEIT150899.
    RUKHIN A, SOTO J, NECHVATAL J, et al. A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications[R]. National Institute of Standards and Technology Special Publication, 2010.
    LI Pei, MIN Lequan, ZANG Hongyan, et al. A generalized chaos synchronization-based pseudo-random generator number and performance analysis[C]. International Conference on Communications Circuits and Systems, Chengdu, China, 2010: 781–785.
    WANG Xingyuan, LIU Chuanming, XU Dahai, et al.. Image encryption scheme using chaos and simulated annealing algorithm[J]. Nonlinear Dynamics, 2016, 84(3): 1417–1429. DOI: 10.1007/s11071-015-2579-y.
    LI Yueping, WANG Chunhua, and CHEN Hua. A hyper-chaos-based image encryption algorithm using pixel-level permutation and bit-level permutation[J]. Optics & Lasers in Engineering, 2017, 90: 238–246. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2016.10.020.
    WANG Xingyuan, LIU Chuanming, and ZHANG Huili. An effective and fast image encryption algorithm based on chaos and interweaving of ranks[J]. Nonlinear Dynamics, 2016, 84(3): 1595–1607. DOI: 10.1007/s11071-015-2590-3.
    GUESMI R, FARAH M A B, KACHOURI A, et al.. A novel chaos-based image encryption using DNA sequence operation and secure hash algorithm SHA-2[J]. Nonlinear Dynamics, 2016, 83(3): 1123–1136. DOI: 10.1007/s11071-015-2392-7.
    BELAZI A, EL-LATIF A A A, DIACONU A V, et al.. Chaos-based partial image encryption scheme based on linear fractional and lifting wavelet transforms[J]. Optics & Lasers in Engineering, 2017, 88: 37–50. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2016.07.010.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-04
  • 修回日期:  2018-05-02
  • 网络出版日期:  2018-06-07
  • 刊出日期:  2018-08-01

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