一种基于2D-LCLM的能源互联网数据分组加密算法制造技术

本发明专利技术涉及数据加密技术领域，具体地涉及一种基于2D

【技术实现步骤摘要】
和DNA加密规则生成轮密钥k；
[0013]5)用公式P1＝bitxor((plain+w)mod256,z)将(plain)
10
中的整数限制在0
‑
255这256个数之间；用部分X2中序列构成的位置序列T3打乱P1中数据的位置P2＝P1(T3)，再用部分X1中序列构成的位置序列T4打乱P2中数据的位置；P3＝P2(T4)；随后将P3中所有整数化为8位二进制数P4，并分成每64bit一组记为Plain_block(i)；
[0014]6)类Feistel密码结构加密步骤为：首先将明文分组Plain_block(i)与初始向量IV进行异或操作，再经过P置乱后划分为4个等长的运算单元L1,L2,R1,R2；其次对这4个运算单元进行round轮运算，每轮调用两次F函数；最后对4个运算单元进行P置乱后串联构成该组明文的类Feistel输出，即密文Ciphered_block(i)；
[0015]7)经过类Feistel密码结构输出的密文Ciphered_block(i)通过密文分组组链接(Cipher Block Chaining,CBC)模式进行链接，得到最终的二进制密文输出Ciphered_data；
[0016]8)最后,利用函数bin2dec(
·
)，将每8位二进制数转化为整数，再根据ASCII码表翻译成最终的密文。
[0017]进一步的，所述F函数的表示方法为
[0018][0019]其中，l表示16bit序列，k代表该轮中16bit轮密钥，DNA_algorithm(
·
)表示DNA加密规则，S_box(
·
)代表动态S盒，为按位异或操作，QF是一个非线性方程。
[0020]进一步的，步骤2)中，两个整数序列w和z分别为：
[0021][0022]进一步的，所述2D
‑
LCLM(二维滞后复Logistic映射，2D lag
‑
complex Logistic map)方程为：
[0023][0024]其中w
n
＝x
n
+jy
n
是复变量，x
n
，y
n
和z
n+1
均为实变量，a和b为实参数，该复数域二维方程在实数域的三维展开式为：
[0025][0026]进一步的，所述2D
‑
LCLM系统的不动点的值仅与参数b的取值有关，与参数a无关，即参数b唯一决定系统是否混沌；当a＝1,b∈[1.69,2)时，2D
‑
LCLM是混沌的。
[0027]进一步的，设2D
‑
LCLM的初值为(x1(1),x2(1),x3(1))，迭代此混沌系统可得三组伪随机序列X1,X2,X3：
[0028][0029]对序列值按从小到大的顺序排列，将每个实数在原序列中的位置记为位置序列T；利用公式floor(((X
i
×
103‑
floor(X
i
×
103))
×
103))mod256将混沌序列中的元素由实数变为0
‑
255之间的整数，构造整数序列。
[0030]进一步的，所述动态S盒的生成过程为：首先，根据待加密明文数据确定2D
‑
LCLM的初值大小，迭代混沌系统，得到三组伪随机序列X1,X2和X3；其次，在第二组伪随机序列X2中选取一串连续实数序列，经过取整和取模运算后使实数序列没有重复的落入[0,255]这256个不同的区间，构成8
×
8的初始S盒；最后，用伪随机序列X2生成的位置序列T1和Baker离散化映射进一步对初始S盒中的元素进行置乱，使其具有更强的非线性效果。
[0031]进一步的，所述Feistel密码结构开始前和结束后利用P置乱对明文数据进行预处理和进一步打乱密文数据以增强每轮数据的伪随机性。
[0032]本专利技术的技术效果：
[0033]与现有技术相比，本专利技术的一种基于2D
‑
LCLM的能源互联网数据分组加密算法，以能源互联网为背景，将混沌系统用于电力文本、图像等数据的加密，主要具有以下优点：
[0034]1)对2D
‑
LCLM的不动点的稳定性和分岔图进行了分析，进一步验证了b是影响系统混沌的唯一参数；
[0035]2)2D
‑
LCLM的初值与明文直接相关，该混沌系统迭代生成的伪随机序列被用来构造整数序列和位置序列以替换和置乱明文数据；
[0036]3)将2D
‑
LCLM和Baker映射相结合，构造了随明文变化的动态S盒以充当密码算法中的非线性部分；
[0037]4)轮密钥是由DNA加密规则和2D
‑
LCLM生成的位置序列构造的，该算法具有“一次一密”的效果；
[0038]5)基于2D
‑
LCLM的分组加密算法作为轻量级加密算法能被同时用于电力数据和电力图像的加密；实验仿真和性能分析结果表明，此分组加密算法对电力数据和电力图像都具有良好的加密效果，且对密码攻击具有很强的鲁棒性。
附图说明
[0039]图1为本专利技术类Feistel密码结构图；
[0040]图2为本专利技术轮函数F结构示意图；
[0041]图3为本专利技术动态S盒结构示意图；
[0042]图4为本专利技术P置乱结构示意图；
[0043]图5为本专利技术明文文本加密,解密结果图；
[0044]图6为本专利技术加密前后文本数据ASCII码值占比分布情况图；
[0045]图7为本专利技术测试图像及其加密解密图；
[0046]图8为本专利技术
‘
Lena
’
中R,G,B三信道加密前后直方图；
[0047]图9为本专利技术
‘
算例4
’
单信道中加密前后相邻像素分布图；
[0048]图10为本专利技术剪切攻击下
‘
Lena
’
的密文和解密图像；
[0049]图11为本专利技术遭受噪声攻击后
‘
算例4
’
的解密图。
具体实施方式
[0050]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0051]本专利技术首先用2D
‑
LCLM和Baker映射一起构建动态S盒；使用DNA加密规则及2D
‑
LCLM生成轮密钥；最后采用每轮包含两次F函数的类Feistel密码结构对电力数据和电力图像进行加密。其中，轮密钥随明文自适应变化，使加密算法具有“一次一密”的效果以抵抗选择明文攻击。仿真结果及性能分析测试表明，此混沌分组加密算法能对电力文本和图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于2D
‑
LCLM的能源互联网数据分组加密算法，其特征在于：包括以下步骤：1)读取待加密的文本或图像数据，用plain来表示；计算所有明文数据的十进制和，并记为Sum_Pt，即Sum_Pt＝∑(plain)
10
；2)设用于加密算法的2D
‑
LCLM的初值为(x'1(1),x'2(1),x'3(1))：其中(x1(1),x2(1),x3(1))为原始2D
‑
LCLM的初值，Sum_Pt
×
10
‑9为明文对初值的微小扰动；将混沌映射迭代生成的伪随机序列记为X1,X2,X3；利用X1和X3中的部分序列分别生成两个整数序列w和z：3)用实数序列X2构造位置序列T1，利用X2、T1和Baker离散化映射共同构造8
×
8的S盒；4)在给定十六进制初始密钥Key的前提下，截取X2中部分序列构造位置序列T2；T2和DNA加密规则生成轮密钥k；5)用公式P1＝bitxor((plain+w)mod256,z)将(plain)
10
中的整数限制在0
‑
255这256个数之间；用部分X2中序列构成的位置序列T3打乱P1中数据的位置P2＝P1(T3)，再用部分X1中序列构成的位置序列T4打乱P2中数据的位置；P3＝P2(T4)；随后将P3中所有整数化为8位二进制数P4，并分成每64bit一组记为Plain_block(i)；6)类Feistel密码结构加密步骤为：首先将明文分组Plain_block(i)与初始向量IV进行异或操作，再经过P置乱后划分为4个等长的运算单元L1,L2,R1,R2；其次对这4个运算单元进行round轮运算，每轮调用两次F函数；最后对4个运算单元进行P置乱后串联构成该组明文的类Feistel输出，即密文Ciphered_block(i)；7)经过类Feistel密码结构输出的密文Ciphered_block(i)通过密文分组组链接模式进行链接，得到最终的二进制密文输出Ciphered_data；8)最后,利用函数bin2dec(
·
)，将每8位二进制数转化为整数，再根据ASCII码表翻译成最终的密文。2.根据权利要求1所述的基于2D
‑
LCLM的能源互联网数据分组加密算法，其特征在于：所述F函数的表示方法为：其中，l表示16bit序列，k代表该轮中16bit轮密钥，DNA_algorithm(
·
)表示DNA加密规则，S_box(
·
)代表动态S盒，为按位异或操作，QF是一个非线性方程。3.根据权利要求1所述的基于2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芳芳，寇磊，张雪，孙凯，李峰，叶波，李明轩，颜培培，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：