本發(fā)明屬于哈希算法運(yùn)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于混沌系統(tǒng)的單向加密方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有的加密技術(shù)中，哈希函數(shù)在數(shù)字簽名和認(rèn)證領(lǐng)域尤為重要，因此也有很多人對相關(guān)的算法進(jìn)入了深入研究，2004年在國美加州圣巴巴拉召開的國際密碼學(xué)會議上，來自中國的云教授破譯了MD5、HAVAL-128、RIPEMD算法后，又有許多密碼學(xué)專家在MD5領(lǐng)域做出了更多研究成果，因此MD5算法的安全性，受到越來越多的挑戰(zhàn)?；煦缭从诜蔷€性動力系統(tǒng)，而非線性動力系統(tǒng)描述的是任意隨時間變化的過程，這個過程是不確定性的、類似隨機(jī)、非周期，并對初始值非常敏感，這些特征使得人們難以進(jìn)行預(yù)測該系統(tǒng)的下一個過程，因此，基于混沌系統(tǒng)作為加密算法，擁有先天的優(yōu)勢。

綜上所述，現(xiàn)有的加密方法出現(xiàn)的時間長，現(xiàn)有的加密算法安全性較低，而且由于現(xiàn)有算法的特性，使得該算法只能運(yùn)用到某一領(lǐng)域，不能滿足使用者根據(jù)自己的實(shí)際需求，確定密文的長度；不能加大攻擊者的破解難度，并且不能給用戶多一種選擇加密方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于混沌系統(tǒng)的單向加密方法，解決現(xiàn)有的加密方法出現(xiàn)的時間長，現(xiàn)有的加密算法安全性較低，而且由于現(xiàn)有算法的特性，使得該算法只能運(yùn)用到某一領(lǐng)域，不能滿足使用者根據(jù)自己的實(shí)際需求，確定密文的長度；不能加大攻擊者的破解難度，并且不能給用戶多一種選擇加密方式的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于混沌系統(tǒng)的單向加密方法，包括以下步驟：

第一步，隨機(jī)輸入一個任意長度的字符串str；

第二步，將該字符串按照某種編碼方式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，并計算出該二進(jìn)制長度len_str；

第三步，判斷該長度len_str是否為3的倍數(shù)，即len_str％3＝0；如果不是3的倍數(shù)，則進(jìn)行第四步；若是則劃分為len_str/3個長度為3bit的二進(jìn)制組；然后在每個二進(jìn)制組前填充一個0，跳轉(zhuǎn)到第5步。

第四步，如果不是3的倍數(shù)，則在前面添加len_str％3個0在二進(jìn)制字符串前面，劃分為個長度為3bit的二進(jìn)制，然后在每個二進(jìn)制組前填充一個0，再進(jìn)行第五步；

第五步，每個二進(jìn)制組按BCD編碼的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換成一個數(shù)a_i，然后將所有a_i相加得到一個值C，C＝a₁+a₂+...+a_n；再將所有數(shù)a_i拼接成一個大數(shù)M，M＝a₁*10⁰₊a₂*10¹₊a₃*10²+...+a_n*10^n-1；其中，

第六步，判斷C是否大于K，如果大于則C＝[C/2]，再重復(fù)此步驟，若C小于K，進(jìn)行第七步；

第七步，計算X₀＝M/10^y；u＝4-X₀/10，u取小數(shù)點(diǎn)后位；

第八步，帶入Logistic混沌方程公式X_n+1＝uX_n(1-X_n)，進(jìn)行循環(huán)計算C次，得到值X_c；

第九步，以X_c為初始值，再帶入Logistic混沌方程迭代4*N次，每次迭代的結(jié)果記為X_i；X_i>＝0.5，則記1；X_i<0.5，則記0，共有4*N個0或1；

第十步，再以四個0或1的二進(jìn)制為一組，轉(zhuǎn)換成一個16進(jìn)制的字符，最后拼接成一個固定長度為N的字符串，該字符串為最后的密文；

其中，a_i表示某四個二進(jìn)制按照BCD碼轉(zhuǎn)換成一個數(shù)；C表示所有a_i加起來的和，即C＝∑a_i，i∈[1,y]；len_str表示用戶隨機(jī)輸入的任意長度字符串轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制編碼的長度值；y表示a_i的個數(shù)，M表示由a_i組合成的一個數(shù)，M＝a₁*10⁰₊a₂*10¹₊a₃*10²+...+a_y*10^y-1。

進(jìn)一步，所述Logistic混沌方程中X_n的初始值為X₀，且X₀在[0,1]內(nèi)；u是混沌方程中的u值，u在[0,4]內(nèi)；當(dāng)u<3.57時，Logistic方程出現(xiàn)準(zhǔn)周期性變化，當(dāng)u>3.57后,Logistic出現(xiàn)混沌狀態(tài)。

進(jìn)一步，a_i的生成方法：將輸入字符轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制，判斷該二進(jìn)制長度len_str是否為3的倍數(shù)，即len_str％3＝0；若是則劃分為len_str/3個長度為3bit的二進(jìn)制組，然后在每個二進(jìn)制組前填充一個0；如果不是3的倍數(shù)，則在前面添加len_str％3個0在二進(jìn)制字符串頭部，然后劃分為個長度為3bit的二進(jìn)制組，然后在每個二進(jìn)制組前填充一個0，最后每個組按BCD碼的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換成一個數(shù)a_i；

M的生成方法：將所有數(shù)a_i拼接成一個大數(shù)M，拼接方法為：M＝a₁*10⁰+a₂*10¹+a₃*10²+...+a_n*10^n-1；

X₀的生成方法：M是一個長度為y的正整數(shù)，利用M生成一個[0,1]范圍內(nèi)的X₀，公式表示為：X₀＝M/10^y；

u的生成方法：u為大于3.57的數(shù)使Logistic混沌方程進(jìn)入混沌狀態(tài)，利用X₀進(jìn)行除以10，使之進(jìn)入[0,0.1)內(nèi)，再用4減去該除數(shù)即得到u]；公式表示為：u＝4-X₀/10，u取小數(shù)點(diǎn)后位；

C值的生成方法為：先計算C值：C＝a₁+a₂+...+a_n。C是混沌方程初始迭代的次數(shù)，目的是為了讓X₀進(jìn)入混沌狀態(tài)，所以C過大會影響整個加密的效率。這里設(shè)置一個數(shù)K，由于應(yīng)用場景的不同，K的取值也不同，本發(fā)明中設(shè)置數(shù)K的目的是控制C在有效范圍內(nèi)(有效范圍指：至少能使K₀進(jìn)入混沌狀態(tài)的最小迭代次數(shù))。

控制C的取值方法為：用for循環(huán)判斷C是否小于某個固定值K，即若C小于K，則退出循環(huán)，否則進(jìn)行C＝[C/2]，再循環(huán)判斷。

本發(fā)明利用輸入信息的二進(jìn)制按照某種方法產(chǎn)生幾個固定的數(shù)值，然后把該數(shù)值運(yùn)用到混沌系統(tǒng)中，最后對混沌計算生成的值進(jìn)行處理，生成一個固定長度的字符串，這樣就達(dá)到了加密的效果。

在本發(fā)明中，由于算法中K和N的取值是使用者自己定義的，所以生成的密文長度也是不一樣的，在不同的領(lǐng)域中，使用者可以根據(jù)自己的實(shí)際需求，確定算法中的K和N值，這樣得到密文長度不一樣，同時也加大了攻擊者的破解難度，給用戶多一種選擇加密方式。

本發(fā)明的單向加密方法類似哈希函數(shù)，能夠?qū)⑷我忾L度的輸入進(jìn)行處理，最后都可以輸出一個固定長度的值，由于混沌系統(tǒng)的特性，同時使得該算法具有了明文可以加密成密文，但密文不能解密出明文的單向性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于混沌系統(tǒng)的單向加密方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于混沌系統(tǒng)的單向加密方法的具體步驟如下：

第1步：隨機(jī)輸入一個任意長度的字符串str。

第2步：將該字符串按照某種編碼方式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，并計算出該二進(jìn)制長度len_str。

第3步：判斷該長度len_str是否為3的倍數(shù)，即len_str％3＝0。如果不是3的倍數(shù)，則進(jìn)行第4步，若是則劃分為len_str/3個長度為3bit的二進(jìn)制組，然后在每個二進(jìn)制組前填充一個0。跳轉(zhuǎn)到第5步。

第4步：如果不是3的倍數(shù)，則在前面添加len_str％3個0在二進(jìn)制字符串前面，劃分為個長度為3bit的二進(jìn)制，然后在每個二進(jìn)制組前填充一個0，再進(jìn)行下一步。

第5步：每個二進(jìn)制組按BCD編碼的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換成一個數(shù)a_i，然后將所有a_i相加得到一個值C，即C＝a₁+a₂+...+a_n。再將所有數(shù)a_i拼接成一個大數(shù)M，即M＝a₁*10⁰₊a₂*10¹₊a₃*10²+...+a_n*10^n-1。

第6步：判斷C是否大于K，如果大于則C＝[C/2]，再重復(fù)此步驟，若C小于K，進(jìn)行下一步。

第7步：計算X₀＝M/10^y；u＝4-X₀/10，u取小數(shù)點(diǎn)后位。

第8步：帶入公式X_n+1＝uX_n(1-X_n)，進(jìn)行循環(huán)計算C次，得到值X_c。

第9步：以X_c為初始值，再帶入Logistic混沌方程迭代4*N次，每次迭代的結(jié)果記為X_i；X_i>＝0.5，則記1；X_i<0.5，則記0，總共就有4*N個0或1。

第10步：再以四個0或1的二進(jìn)制為一組，轉(zhuǎn)換成一個16進(jìn)制的字符，最后拼接成一個固定長度為N的字符串，該字符串即為最后的密文。

本發(fā)明采用了Logistic混沌方程，即X_n+1＝uX_n(1-X_n)。該加密方法的核心是Logistic混沌方程以及生產(chǎn)方程中a_i、X₀、u、與初始值C的方法。

為了更好的對加密方法進(jìn)行描述，結(jié)合本加密機(jī)制的特點(diǎn)，本發(fā)明采用以下一般性定義：

len_str表示用戶隨機(jī)輸入的任意長度字符串轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制編碼的長度值。

a_i表示某四個二進(jìn)制按照BCD碼轉(zhuǎn)換成一個數(shù)。

y表示a_i的個數(shù)，即

M表示由a_i(i∈[1,y])組合成的一個數(shù)，即M＝a₁*10⁰₊a₂*10¹₊a₃*10²+...+a_y*10^y-1。

C表示所有a_i加起來的和，即C＝∑a_i，i∈[1,y]。

X₀是混沌算法中X_n的初始值；u是混沌方程中的u值。

下面結(jié)合Logistic混沌方程、X₀的生成、u的生成、C的生成對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的的單向加密方法包括：

1、Logistic混沌方程，即X_n+1＝uX_n(1-X_n)

該方程中X_n的初始值為X₀，且X₀必須在[0,1]范圍內(nèi)。u在[0,4]內(nèi)，當(dāng)u<3.57時，Logistic方程會出現(xiàn)準(zhǔn)周期性變化，但當(dāng)u>3.57后,Logistic將出現(xiàn)混沌狀態(tài)。

2、X₀的生成

由于M是一個y位的正整數(shù)，因此需要將M轉(zhuǎn)換成一個[0,1]范圍內(nèi)的X₀，即X₀＝M/10^y。

3、u的生成

由于u的特殊性，u必須大于3.57才能使方程進(jìn)入混沌狀態(tài)，所以對X₀進(jìn)行除10，使之進(jìn)入[0,0.1)內(nèi)，再用4減去該數(shù)即得到u，此時u屬于(3.9,4]內(nèi)，滿足條件，算法為：u＝4-X₀/10，u取小數(shù)點(diǎn)后位，目的是為了避免小數(shù)點(diǎn)后數(shù)值太長，不方便計算，于是采用該方法動態(tài)的取前幾位小數(shù)。

4、C的生成

C值是為了讓該方程計算C次進(jìn)入混沌狀態(tài)，確保別人不能猜到該算法的u值和X₀值，所以C值也不宜過大，先計算C值：C＝a₁+a₂+...+a_n，然后用for循環(huán)判斷C是否小于某個固定值K，即若C小于K，則退出循環(huán)，否則進(jìn)行C＝[C/2]，再循環(huán)判斷。

本發(fā)明利用輸入信息的二進(jìn)制按照某種方法產(chǎn)生幾個固定的數(shù)值，然后把該數(shù)值運(yùn)用到混沌系統(tǒng)中，最后對混沌計算生成的值進(jìn)行處理，生成一個固定長度的字符串，這樣就達(dá)到了加密的效果。

在本發(fā)明中，由于算法中K和N的取值是使用者自己定義的，所以生成的密文長度也是不一樣的，在不同的領(lǐng)域中，使用者可以根據(jù)自己的實(shí)際需求，確定算法中的K和N值，這樣得到密文長度不一樣，同時也加大了攻擊者的破解難度，給用戶多一種選擇加密方式。

本發(fā)明的單向加密方法類似哈希函數(shù)，能夠?qū)⑷我忾L度的輸入進(jìn)行處理，最后都可以輸出一個固定長度的值，由于混沌系統(tǒng)的特性，同時使得該算法具有了明文可以加密成密文，但密文不能解密出明文的單向性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。