35、便携式和移动平台上混沌加密与传统加密的性能评估

便携式和移动平台上混沌加密与传统加密的性能评估

1. 引言

在过去二十年里，基于混沌的密码学研究取得了一定成果，明确了数字混沌理论在安全通信应用中的优缺点。数字混沌在表示时存在分布退化和周期长度缩短的问题，这严重影响了基于混沌的加密系统的安全性。不过，数字混沌也具备密码学所需的良好特性，如对参数和初始条件的敏感性以及不可预测的轨迹。

为解决数字混沌的退化问题，人们研究了多种方法，包括对状态变量和/或参数进行周期性扰动、使用高维映射或多个一维映射、进行数值和分析周期检测等。其中，基于扰动的方案因其能在不显著影响加密系统性能的情况下生成完全不同的混沌轨迹而备受青睐。

随着对数字混沌的深入理解，混沌加密领域正致力于开发适用于更苛刻应用（如多媒体通信）的高性能方案，这些方案需能在包括处理能力有限的手持或移动设备在内的多种平台上运行。手持设备虽方便用户随时随地无线访问私人信息，但也带来了安全风险，数据传输可能被恶意拦截。同时，移动设备在信息安全方面存在两个问题：一是处理器能力不足，难以处理复杂的加密方案；二是电池电量有限，无法支持加密过程以及视频/音频编码/解码等耗能计算。因此，加密过程需要在不牺牲安全性的前提下，具备计算简单、速度快的特点。

混沌加密方案能根据用户需求和CPU功率限制，在安全性和性能之间取得良好平衡。不过，混沌加密中使用的浮点运算可能需要额外的硬件支持。但目前大多数手持设备已配备浮点单元，这一问题的重要性逐渐降低。传统加密方案同样存在硬件效率问题，例如AES（高级加密标准）的每个实现都需针对特定的CPU架构进行优化，以加速整数乘法、内存访问、位移动和异或等操作。

我们认为基于混沌的加密是传统加密方案的可行替代方案，尤其适用于实时多媒