基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法技術

基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法，涉及信息安全技術領域，解決現有密碼系統由于受有限的密鑰空間的限制，在受到暴力破解攻擊時，其安全性難以得到保證的問題，本發明專利技術的加密方法采用量子細胞神經網絡的超混沌特性和人腦模式識別的優勢相結合；將安全密碼分為兩個部分，其中一部分轉化為圖片形式，應用超混沌系統的高復雜性，對初值和控制參數極端敏感的特征，加密圖像；另一部分密鑰采用AES加密方法加密，兩部分共同對數據加密形成一個安全密碼。本發明專利技術所述的加密方法密鑰空間大，抵抗暴力攻擊的能力明顯增強；再使用較少的密碼位數的同時，降低了加密過程中的計算量，具有安全性高，用戶記憶便捷的特點。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及信息安全
，具體涉及一種基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法。
技術介紹
計算機和信息安全問題已經被深入的研究超過50年了。包括加密算法、計算裝置、操作系統和網絡的一般安全。其中密碼系統廣泛的應用于身份驗證和數據加密。人類記住密碼的能力有限并且傾向于選擇過于簡單和可被預見的弱密碼。由此，弱密碼相關的漏洞成為廣泛存在的安全問題。全世界的用戶和企業都在尋找解決弱密碼問題的方法。據統計，2009年86%的美國公司將使用密碼認證和加密。如果將弱密碼作為一個強有力的加密或者身份認證來使用，則可能會使系統易于受到暴力密碼查找的進攻。研 究表明，用戶通常用簡單的，可被預見的密碼來對待密碼這個復雜的問題。Schneier調查了 34，000個“Myspace”的在線用戶密碼其中65%的用戶選擇使用8位字符，而使用“passwordl”，“abcl23”，“myspacel”，和 “password” 這類密碼的更是大有人在。還有相當數量的用戶將所有的賬戶都設為同一個密碼，或把密碼寫在記事本里，或把密碼記錄在一個表格里，或反復循環使用舊密碼這類方法。Horowitz報告了 15-20%的用戶整齊的把密碼寫在即時貼上并且貼在電腦屏幕上。另一項調查發現66%的用戶工作時把密碼記錄在紙上，58%記錄在表格里。弱密碼相關的缺陷對世界經濟有重大的影響，現有商用的對稱加密體制一般為DES (數據加密標準)和AES (高級加密標準)。對于一個使用AES算法的完全隨機的理想密鑰，一個暴力查找攻擊在現在將來或者是不可行的。但是，當密鑰被限制于一個較小的子空間時，情況將發生戲劇性的改變。而實際情況是，通常關鍵字是被人記憶的密碼，或者是攻擊者通過相應的破解機制可以獲取的。對于這樣一個很小的密鑰子空間，暴力查找就會有效。量子細胞自動機(Quantum cellular automata, QCA)是一種納米級的新型電子器件，具有超高集成度，超低功耗和無引線集成等優點，是新一代電子元件之一。近年來國外學者以Schrodinger方程為基礎利用蔡氏細胞神經網絡的機構用QCA構造了細胞局部I禹合的網絡，即量子細胞神經網絡(QCNN)。由于量子點之間的量子相互作用，可從每個細胞的極化率獲得復雜的動力學特性。
技術實現思路
本專利技術為解決現有密碼系統由于受有限的密鑰空間的限制，在受到暴力破解攻擊時，其安全性難以得到保證的問題，提供一種基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法。基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法，該方法由以下步驟實現步驟一、選定長度為η位的密碼作為加密對象，η為正整數；步驟二、將步驟一選定的η位密碼拆分為m位的短密碼SP和k位的強密鑰SK，所述m和k為正整數；步驟三、將步驟二拆分的強密鑰SK嵌入二維圖像中，獲得圖像強密鑰ISK ；步驟四、對步驟三獲得的圖像強密鑰ISK進行離散混沌映射，并設定控制參數，獲得置亂圖像S_ISK，并將置亂圖像S_ISK按照從上到下，從左到右的順序進行排列，獲得置亂序列S ；步驟五、選擇量子細胞神經網絡超混沌系統，并設定初值及控制參數。采用四階龍格-庫塔法對所述的量子細胞神經網絡超混沌系統進行迭代求解，獲得混沌序列K ；步驟六、采用混沌序列K對步驟四獲得的置亂序列S進行擴散處理，實現置亂圖像S_ISK的均衡化，得到加密序列C，并對加密序列C按照從上到下，從左到右的順序進行排 列，生成加密圖像Cfinal ；步驟七、對步驟二拆分的m位短密碼SP采用AES加密方法進行加密后與步驟六生成的加密圖像Cfinal合并，共同作為加密密碼傳輸。本專利技術的有益效果本專利技術提出了一種基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法，該密碼方案將量子細胞神經網絡的超混沌特性和人腦模式識別的優勢相結合。將安全密碼分為兩個部分，其中部分轉化為圖片形式，應用超混沌系統的高復雜性，對初值和控制參數極端敏感的特征，加密圖像，由用戶來記憶圖像，方便用戶使用；另一部分密鑰采用傳統的密碼加密方案。兩部分共同對數據加密形成一個安全密碼。密鑰空間大，抵抗暴力攻擊的能力明顯增強；對于105個SP組合進行暴力破解所需要花費很相當長的時間。簡單的增長SP空間到106就極大的限制了攻擊者，同時仍然保持相當短的密碼。本專利技術的弱密碼系統，使用較少的密碼位數，極大的降低了加密過程中的計算量，達到了較高的安全水平，本專利技術所述方法具有安全性高，用戶記憶便捷的特點。附圖說明圖I為本專利技術所述的基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法的加密解密及攻擊示意圖；圖2為本專利技術所述的基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法的加密流程圖；圖3為本專利技術所述的基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法的加密效果圖；其中圖A為原始圖像，圖B為加密圖像，圖C正確解密圖像，圖D為錯誤解密圖像。具體實施例方式具體實施方式一、結合圖I至圖3說明本實施方式，基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法，該方法由以下步驟實現Al、選定長度為η的密碼作為加密對象，η為正整數，所述η的組合長度在合理范圍內(如105個組合)； BI、將η位密碼拆分為m位的短密碼SP和k位的強密鑰SK ；Cl、將強密鑰SK嵌入二維圖像中，形成圖像強密鑰ISK ;與現有的加密技術的區別在于，用戶不用再被要求記憶SK，對于人腦而言，記憶一幅圖像要遠比記憶k位字符容易很多；D1、對步驟Cl中的圖像強密鑰ISK進行離散混沌映射，并設定控制參數，獲得置亂圖像S_ISK。將置亂圖像S_ISK按照從上到下，從左到右的順序進行排列，得到置亂序列S ；EU選擇量子細胞神經網絡超混沌系統，并設定初值及控制參數。采用4階龍格-庫塔法對該超混沌系統進行迭代求解，產生混沌序列K ；F1、用以上混沌序列對步驟Dl生成的置亂序列S進行擴散處理，如異或運算，得到加密序列C，實現圖像均衡化，對C序列按照從上到下，從左到右的順序進行排列，生成加密圖像 Cfinal ；Gl、對步驟BI產生的I位短密碼SP (SP由用戶記憶)，采用傳統加密方法進行加密，如AES加密算法；H1、將步驟Fl與Gl生成的加密結果合并，共同作為加密密碼進行傳輸。由于該加密算法為對稱加密，解密過程為加密過程的逆過程。按照加密過程的反向操作即可得到解密結果。本實施方式步驟Dl中使用可變參數Cat映射，Cat映射的方程定義為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法，其特征是，該方法由以下步驟實現：步驟一、？選定長度為n位的密碼作為加密對象，n為正整數；步驟二、？將步驟一選定的n位密碼拆分為m位的短密碼SP和k位的強密鑰SK，所述m和k為正整數；步驟三、？將步驟二拆分的強密鑰SK嵌入二維圖像中，獲得圖像強密鑰ISK；步驟四、？對步驟三獲得的圖像強密鑰ISK進行離散混沌映射，并設定控制參數，獲得置亂圖像S_ISK，并將置亂圖像S_ISK按照從上到下，從左到右的順序進行排列，獲得置亂序列S；步驟五、？選擇量子細胞神經網絡超混沌系統，并設定初值及控制參數。采用四階龍格？庫塔法對所述的量子細胞神經網絡超混沌系統進行迭代求解，獲得混沌序列K；步驟六、采用混沌序列K對步驟四獲得的置亂序列S進行擴散處理，實現置亂圖像S_ISK的均衡化，得到加密序列C，并對加密序列C按照從上到下，從左到右的順序進行排列，生成加密圖像Cfinal；步驟七、對步驟二拆分的m位短密碼SP采用AES加密方法進行加密后與步驟六生成的加密圖像Cfinal合并，共同作為加密密碼傳輸。

【技術特征摘要】
1.基于量子細胞神經網絡的弱密碼超混沌加密方法，其特征是，該方法由以下步驟實現 步驟一、選定長度為η位的密碼作為加密對象，η為正整數； 步驟二、將步驟一選定的η位密碼拆分為m位的短密碼SP和k位的強密鑰SK，所述m和k為正整數； 步驟三、將步驟二拆分的強密鑰SK嵌入二維圖像中，獲得圖像強密鑰ISK ； 步驟四、對步驟三獲得的圖像強密鑰ISK進行離散混沌映射，并設定控制參數，獲得置亂圖像S_ISK，并將置亂圖像S_ISK按照從上到下，從左到右的順序進行排列，獲得置亂序列S ； 步驟五、選擇量子細胞神經網絡超混沌系統，并設定初值及控制參數。采用四階龍格-庫塔法對所述的量子細胞神經網絡超混沌系統進行迭代求解，獲得混沌序列K ； 步驟六、采用混沌序列K對步驟四獲得的置亂序列S進行擴散處理，實現置亂圖像S_ISK的均衡化...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李錦青，柏逢明，底曉強，祁暉，從立鋼，管紅梅，
申請(專利權)人：長春理工大學，
類型：發明
國別省市：