農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)是把與農(nóng)業(yè)有關(guān)的社會經(jīng)濟、環(huán)境資源和科技等信息源建成一個具有強大功能的復(fù)雜的高新技術(shù)體系，以農(nóng)業(yè)信息科學(xué)為基礎(chǔ)，以地理信息技術(shù)、遙感技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和全球定位技術(shù)等農(nóng)業(yè)信息技術(shù)為支撐。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的廣泛普及與應(yīng)用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、經(jīng)營者、管理者、科技人員等經(jīng)常通過網(wǎng)絡(luò)開展業(yè)務(wù)、技術(shù)和信息交流活動，這就涉及到與農(nóng)業(yè)相關(guān)的重要數(shù)據(jù)、經(jīng)營合同。生產(chǎn)合同、科研數(shù)據(jù)以及農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和保密數(shù)據(jù)的網(wǎng)上傳輸。因此確保農(nóng)業(yè)信息傳輸?shù)陌踩灾陵P(guān)重要。

為了確保農(nóng)業(yè)信息傳輸?shù)陌踩?，可以使用信息加密技術(shù)。混沌理論自20世紀60年代快速地發(fā)展起來，并最終在70年代得到基本確立，它最廣為人知的特性就是所謂的“蝴蝶效應(yīng)”，這個特性使得由確定性方程產(chǎn)生的混沌軌道隨著時間的流逝而變得越來越“不可預(yù)測”，許多混沌系統(tǒng)的基本特性，如遍歷性、混合性、確定性和對初始條件的敏感性，都可以和密碼學(xué)中的混淆和散布概念聯(lián)系起來，使用混沌系統(tǒng)去開發(fā)新的密碼設(shè)計思路得以確立。

一、加密模塊的設(shè)計

連續(xù)的多維混沌系統(tǒng)有演化規(guī)律復(fù)雜、隨機性高的特點，尤其是多初始值和多參數(shù)可以作為加密混沌序列的密鑰。使加密算法的密鑰空間大大高于低維混沌系統(tǒng)，所以開展連續(xù)多維混沌系統(tǒng)的加密研究具有現(xiàn)實意義。

1、加密模塊設(shè)計思想

將Lorenz混沌映射產(chǎn)生的混沌序列與m序列以某種方式得到的混合混沌序列作為密鑰序列，能集成Lorenz混沌序列和m序列的優(yōu)點，克服兩者的缺點，加密模塊的設(shè)計如圖1所示。

Lorenz的數(shù)學(xué)模型：

典型值為σ=10，y=28，b=8/3。，為了生成二值混沌序列{x(n)}，必須將原混沌序列轉(zhuǎn)換成二值序列流{s(n)}，其中s(n)=[Tx(n)]，n=0.1，…，m(n)]為不可逆轉(zhuǎn)換函數(shù)，其定義如下：

其中m>0并為任意整數(shù)，I0m，I1m，I2m，…是[o，l]區(qū)間2m連續(xù)等分區(qū)間。如果轉(zhuǎn)換值落在轉(zhuǎn)換函數(shù)的區(qū)間不同而分別取1或O。

2、加密模塊的特性分析

（1）初值敏感性

Lorenz混沌系統(tǒng)的一大特點是對初始值有極其敏感的依賴性。在混合混沌序列模塊中，從數(shù)據(jù)選擇器出來的序列相當(dāng)于周期增大后的m序列，從Lorenz混沌系統(tǒng)出來的序列仍然是混沌序列，二者相異或后，并不改變原混沌序列的特性，說明混合混沌系統(tǒng)仍然保持了Lorenz混沌映射的初始敏感性。

（2）周期

在圖1所示的加密模塊中，設(shè)從數(shù)據(jù)選擇器出來的序列為F，從Lorenz混沌系統(tǒng)出來的序列為K，設(shè)F序列的最小周期為T，混沌序列K的周期為Q，并且Q不等于T，F(xiàn)取最小周期T的情況應(yīng)該是假設(shè)Lorenz混沌序列不對數(shù)據(jù)選擇器發(fā)生作用時，這時

在設(shè)計中選4個LFSR的級數(shù)分別選為：13，17，19，23，則：

遠大于對密鑰的要求一周期不少于3x1018。

（3）復(fù)雜性

設(shè)K(t)為數(shù)據(jù)選擇器輸出，如果假設(shè)混沌每個輸出序列復(fù)雜度為A，LFSR的復(fù)雜度分別以它們各自級數(shù)表示，設(shè)4個LFSR級數(shù)分別為n(i=l，2，3，4)且互不相等，依據(jù)復(fù)雜特性基本定理，當(dāng)混沌序列復(fù)雜度A遠大于1時，Y1(t)的線性復(fù)雜度L1計算為：

這個總線性復(fù)雜度要遠遠大于單個混沌輸出序列的復(fù)雜度。

二、加密模塊輸出序列的性能檢測

將加密模塊下載制作成芯片后，為驗證其輸出序列的平衡性、相關(guān)性及游程等特性，對下載后輸出序列利用Agilent1693A邏輯分析儀進行數(shù)據(jù)測試、存儲并利用MATLAB進行統(tǒng)計分析，滿足密碼序列輸出要求，用此密鑰對重要的農(nóng)業(yè)信息進行網(wǎng)絡(luò)加密傳輸，能保證傳輸?shù)陌踩?，檢測結(jié)果如下：

1、平衡性檢測

通過取不同長度、不同初值的序列，經(jīng)過實驗結(jié)果表明序列的0與1數(shù)目幾乎趨于平衡，如表1所示。

2、游程特性的分析

如表2所示，混沌o、1序列游程特性分析結(jié)果表明游程特性的理論部分和實際游程特性接近。

3、相關(guān)特性分析

混合序列的相關(guān)性如圖2所示。

由圖2可以看出，該混合混沌序列具有較好的自相關(guān)特性，在O值處峰值尖銳，其他值近似為0，類似于函數(shù)}互相關(guān)特性類似于均值為0的白噪聲，具有較好的互相關(guān)特性。

4、輸出序列復(fù)雜性分析

采用相關(guān)函數(shù)法評估二進制序列的復(fù)雜性，對同樣長度為10萬點的Lorenz序列和混合混沌模塊輸出序列進行復(fù)雜度運算，得出混合混沌序列密碼復(fù)雜度高于由Lorenz單獨構(gòu)成混沌序列密碼的
復(fù)雜度，如表3所示。

三、重要農(nóng)業(yè)信息的安全傳輸設(shè)計

通常情況下，要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸重要農(nóng)業(yè)信息，如果不對其明文加密，惡意攻擊者或網(wǎng)絡(luò)黑客就可以截獲該信息，很容易得知其具體內(nèi)容，對個人甚至國家可能造成重大損失。因此，需要通過
加密的方法來保護重要農(nóng)業(yè)信息，、但是網(wǎng)絡(luò)黑客或惡意攻擊者往往擁有很高的計算機水平和密碼破譯能力，普通的密鑰根本滿足不了加密的需求。用加密模塊產(chǎn)生的混合混沌序列作為密鑰序列對重要農(nóng)業(yè)信息明文加密后，形成密文在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，接收到后用相應(yīng)的密鑰解密還原出重要農(nóng)業(yè)信息，整體系統(tǒng)設(shè)計如圖3所示。

發(fā)送方的處理流程為：首先輸入初始值，該初始值經(jīng)過加密模塊后產(chǎn)生密鑰A，然后對重要農(nóng)業(yè)信息明文M加密生成密文H，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸密文H給接收方d接受方的處理流程為：首先通過
網(wǎng)絡(luò)接收密文H，然后用密鑰A解密密文還原重要農(nóng)業(yè)信息Mo在整個傳輸過程中，密鑰A可以隨時改變，并且擁有隨機性，長周期性和很高的復(fù)雜性，它的初始值有一個微小的改變，由它所產(chǎn)生的密鑰A將會有非常大的變化，而且呈現(xiàn)無規(guī)律性，即使密文被截獲，也很難破澤，保證了重要農(nóng)業(yè)信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

四、結(jié)論

基于混合混沌信息加密模塊的設(shè)計可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息能夠在網(wǎng)上的安全傳輸，此加密模塊是根據(jù)混沌密碼研究的現(xiàn)狀，提出將混沌序列和m序列相結(jié)合成一種新的復(fù)合混沌序列組合，不僅在設(shè)
計思想上給出具體的描述，并從理論上對該系統(tǒng)的性能進行分析，如初值敏感性、序列的周期、復(fù)雜性等，并且完成該芯片的硬件下載，對下載后的輸出序列性能進行分析，并且提出保證重要農(nóng)業(yè)信息在網(wǎng)上安全傳輸?shù)脑O(shè)計方案。結(jié)果表明，混合混沌序列隨機性好，周期極大，且并不要求LFSR的級數(shù)很高，這大大降低實現(xiàn)的成本，無論從實用角度還是從序列的性能方面來說，都不失為一種優(yōu)良的偽隨機序列，能夠?qū)崿F(xiàn)對重要農(nóng)業(yè)信息的安全保護。

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