本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸安全領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)據(jù)與圖像加密技術(shù)。

背景技術(shù)：

混沌現(xiàn)象在1963年被發(fā)現(xiàn)之后得到不斷發(fā)展，與密碼學(xué)相結(jié)合之后得到的混沌算法被大量的用于數(shù)據(jù)加密傳輸，其中一種典型離散混沌映射logistic映射，其具有初值和參數(shù)敏感性，遍歷性等混沌特性可用于加解密操作，其具體操作流程如附圖1和附圖2所示。但由于硬件精度的問(wèn)題，需要對(duì)logistic混沌映射方程進(jìn)行離散操作，這么操作的同時(shí)也就暴露了一些缺點(diǎn)，即logistic混沌方程取值范圍變少了，很容易被暴力破解。

結(jié)合了lfsr(linearfeedbackshiftregister，線性反饋移位寄存器)的logistic混沌映射系統(tǒng)就可以解決這一問(wèn)題，同時(shí)lfsr可以根據(jù)logistic混沌映射離散的空間來(lái)自適應(yīng)擴(kuò)展相應(yīng)的維度，擴(kuò)展維度越高，得到的密鑰空間就越大，安全性能也就越高，但相應(yīng)運(yùn)算速度降低了。

結(jié)合了lfsr的logistic混沌映射系統(tǒng)，其簡(jiǎn)單的運(yùn)算過(guò)程容易在硬件上完成，在速度上硬件實(shí)現(xiàn)又比軟件占優(yōu)勢(shì)，所以結(jié)合了lfsr的logistic混沌映射系統(tǒng)在硬件上實(shí)現(xiàn)是提升算法的首選。

為了適應(yīng)數(shù)據(jù)流水線操作和算法的獨(dú)立性，要解決密鑰存取的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中l(wèi)ogistic混沌方程取值范圍變窄，結(jié)合lfsr，提供一種既能夠增加破解難度、提高數(shù)據(jù)安全性又能夠加快數(shù)據(jù)處理速度的數(shù)據(jù)加密方式。該加密方法尤其適合安全系數(shù)要求比較高，速度要求比較快的場(chǎng)合。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：

一種硬件可實(shí)現(xiàn)的快速和安全的logistic混沌加解密方法，其特征在于，所述方法包括加密過(guò)程和解密過(guò)程，加密過(guò)程和解密過(guò)程相同，先將logistic混沌系統(tǒng)進(jìn)行離散化，不對(duì)混沌系統(tǒng)的密鑰進(jìn)行擴(kuò)展和四舍五入操作，然后結(jié)合lfsr，采用內(nèi)部鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)生成全新密鑰，采用流水線結(jié)構(gòu)與加密或解密明文進(jìn)行加密或解密操作。

其中，所述內(nèi)部鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)是：對(duì)離散化的logistic混沌系統(tǒng)賦予初值和參數(shù)所得的結(jié)果作為離散方程下一輪初始值；對(duì)lsfr賦予初始狀態(tài)后所得的結(jié)果作為下一輪的狀態(tài)初值；上述兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行算法運(yùn)算得到新的密鑰。

所述流水線結(jié)構(gòu)是：內(nèi)部鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)生成的密鑰存于ram中，然后根據(jù)加解密明文順序依次循環(huán)調(diào)用ram中的密鑰進(jìn)行算法運(yùn)算。

具體的，加密過(guò)程如下：

1-1、對(duì)logistic混沌方程中的變量擴(kuò)展為整型變量，完成logistic混沌系統(tǒng)的離散化操作，然后賦予初值和參數(shù)，得到一輪運(yùn)算結(jié)果；

1-2、對(duì)lfsr賦予初始狀態(tài)得到一輪輸出數(shù)據(jù)；

1-3、將步驟1-1得到的運(yùn)算結(jié)果和1-2得到的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行異或操作得到新的密鑰存入ram中；

1-4、根據(jù)所需密鑰長(zhǎng)度，將步驟1-1得到的新一輪運(yùn)算結(jié)果和1-2得到的新一輪輸出數(shù)據(jù)分別帶回原logistic混沌方程和lfsr，重復(fù)步驟1-1～1-3，然后進(jìn)入步驟1-5；

1-5、加密明文根據(jù)單個(gè)密鑰寬度進(jìn)行封裝，然后調(diào)用ram中的密鑰，得到加密密文，此過(guò)程只需要兩個(gè)運(yùn)算時(shí)鐘周期，下面則進(jìn)入流水操作，然后對(duì)加密密文封裝，回到加密明文入口時(shí)的數(shù)據(jù)格式，完成一次明文加密工作；

解密過(guò)程如下：

2-1、對(duì)logistic混沌系統(tǒng)方程中的變量擴(kuò)展為整型變量，完成logistic混沌系統(tǒng)的離散化操作，然后賦予初值和參數(shù)，得到一輪運(yùn)算結(jié)果；

2-2、對(duì)lfsr賦予初始狀態(tài)得到一輪輸出數(shù)據(jù)；

2-3、將步驟2-1得到的運(yùn)算結(jié)果和2-2得到的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行異或操作得到新的密鑰存入ram中；

2-4、根據(jù)所需密鑰長(zhǎng)度，將步驟2-1得到的新一輪運(yùn)算結(jié)果和2-2得到的新一輪輸出數(shù)據(jù)分別帶回原logistic混沌方程和lfsr，重復(fù)步驟2-1～2-3，然后進(jìn)入步驟2-5；

2-5、解密明文根據(jù)單個(gè)密鑰寬度進(jìn)行封裝，然后調(diào)用ram中的密鑰，得到解密密文，此過(guò)程只需要兩個(gè)運(yùn)算時(shí)鐘周期，下面則進(jìn)入流水操作，然后對(duì)解密密文封裝，回到解密明文入口時(shí)的數(shù)據(jù)格式，完成一次解密工作。

本發(fā)明具有如下有益效果：logistic混沌映射進(jìn)行離散化操作，使其適用于硬件電路，不需要對(duì)該系統(tǒng)的密鑰再進(jìn)行擴(kuò)展位寬和四舍五入操作，提升了電路處理的性能。同時(shí)logistic混沌映射系統(tǒng)與lfsr相結(jié)合來(lái)提升算法密鑰的安全性。內(nèi)部鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)使得每一次的迭代變換都與上一次變換后的數(shù)據(jù)相關(guān)，提高了數(shù)據(jù)的安全性。流水線結(jié)構(gòu)僅需第一個(gè)加解密數(shù)據(jù)等待2個(gè)運(yùn)算周期，以后每一個(gè)運(yùn)算周期都會(huì)有加解密數(shù)據(jù)輸出，加快了數(shù)據(jù)處理速度，同時(shí)密鑰自身又有很強(qiáng)的獨(dú)立性。本發(fā)明加解密方法的加密和解密過(guò)程相同，不破壞原有的應(yīng)用體系，尤其適合安全系數(shù)要求比較高，速度要求比較快的場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為現(xiàn)有l(wèi)ogistic混沌加解密方法加密過(guò)程流程圖。

圖2為現(xiàn)有l(wèi)ogistic混沌加解密方法解密過(guò)程流程圖。

圖3為本發(fā)明的快速高性能的logistic混沌加解密方法加密過(guò)程流程圖。

圖4為本發(fā)明的快速高性能的logistic混沌加解密方法解密過(guò)程流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖3和圖4所示，所述的內(nèi)部鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)是：lfsr把每輪變換后的輸出數(shù)據(jù)作為反饋給輸入端，離散后的logistic把每輪的運(yùn)算結(jié)果反饋為下一輪方程的輸入。所述的流水線結(jié)構(gòu)是：lfsr和logistic每輪運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行算法操作送入ram中，然后根據(jù)加解密明文順序依次循環(huán)調(diào)用ram中的密鑰進(jìn)行算法運(yùn)算。此處的算法操作可以有加、減、同或、異或等操作，本具體實(shí)施方式選用的是異或操作，異或操作不用考慮進(jìn)位和借位問(wèn)題，同時(shí)可以使相鄰數(shù)據(jù)的相關(guān)性變?nèi)酢?/p>

如圖3所示，加密過(guò)程詳細(xì)步驟如下：

1-1第一個(gè)周期內(nèi)對(duì)logistic混沌系統(tǒng)方程中的變量擴(kuò)展為整型變量，完成logistic混沌系統(tǒng)的離散化操作，然后賦予初值和參數(shù)，得到一輪結(jié)果，經(jīng)過(guò)離散化操作得到的一輪密鑰不需要位擴(kuò)展和四舍五入操作，節(jié)省去了硬件電路處理密鑰的時(shí)間。

1-2第一個(gè)周期內(nèi)對(duì)lfsr賦予初始狀態(tài)得到一輪結(jié)果。

1-3第二個(gè)周期內(nèi)將1-1和1-2得到的結(jié)果進(jìn)行異或操作得到新的密鑰存入ram中。

1-4第三個(gè)周期內(nèi)根據(jù)所需密鑰長(zhǎng)度，對(duì)1-1和1-2中得到的新一輪結(jié)果分別帶回原logistic混沌方程和lfsr，再次得到一輪結(jié)果，繼續(xù)進(jìn)行1-3操作，ram中的密鑰安全性變得更高，然后進(jìn)入步驟1-5。

1-5第三個(gè)周期加密明文根據(jù)單個(gè)密鑰寬度進(jìn)行封裝，然后調(diào)用ram中的密鑰，得到加密密文，此過(guò)程只需要兩個(gè)運(yùn)算時(shí)鐘周期，下面則進(jìn)入流水操作，然后對(duì)加密密文封裝，回到加密明文入口時(shí)的數(shù)據(jù)格式，完成一次明文加密工作。

如圖4所示，解密過(guò)程詳細(xì)步驟如下：

2-1第一個(gè)周期內(nèi)對(duì)logistic混沌系統(tǒng)方程中的變量擴(kuò)展為整型變量，完成logistic混沌系統(tǒng)的離散化操作，然后賦予初值和參數(shù)，得到一輪結(jié)果，經(jīng)過(guò)離散化操作得到的一輪密鑰不需要位擴(kuò)展和四舍五入操作，節(jié)省去了硬件電路處理密鑰的時(shí)間。

2-2第一個(gè)周期內(nèi)對(duì)lfsr賦予初始狀態(tài)得到一輪結(jié)果。

2-3第二個(gè)周期內(nèi)將2-1和2-2得到的結(jié)果進(jìn)行異或操作得到新的密鑰存入ram中。

2-4第三個(gè)周期內(nèi)根據(jù)所需密鑰長(zhǎng)度，對(duì)2-1和2-2中得到的新一輪結(jié)果分別帶回原logistic混沌方程和lfsr，再次得到一輪結(jié)果，繼續(xù)進(jìn)行2-3操作，ram中的密鑰安全性變得更高，然后進(jìn)入步驟2-5。

2-5第三個(gè)周期內(nèi)解密明文根據(jù)單個(gè)密鑰寬度進(jìn)行封裝，然后調(diào)用ram中的密鑰，得到解密密文，此過(guò)程只需要兩個(gè)運(yùn)算時(shí)鐘周期，下面則進(jìn)入流水操作，然后對(duì)解密密文封裝，回到解密明文入口時(shí)的數(shù)據(jù)格式，完成一次解密工作。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。