1、隨著信息和通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，信息安全已經(jīng)成為信息時(shí)代一個(gè)不可或缺的重要問(wèn)題。在對(duì)信息安全的核心技術(shù)之一—密碼學(xué)的自主性研究與開(kāi)發(fā)中，元胞自動(dòng)機(jī)因其特有的組成結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性、組成單元之間相互作用的局部性、信息處理的高度并行性和復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性，使其在密碼學(xué)領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。
　　本論文在研究元胞自動(dòng)機(jī)理論和分析現(xiàn)有的元胞自動(dòng)機(jī)加密算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)元胞自動(dòng)機(jī)在密碼學(xué)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)多

2、層元胞自動(dòng)機(jī)和可逆元胞自動(dòng)機(jī)構(gòu)造分組密碼、公鑰密碼的方法進(jìn)行了相關(guān)的研究和探討，取得的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.針對(duì)已有的基于多層可逆元胞自動(dòng)機(jī)的分組加密算法密鑰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且擴(kuò)散性效果不理想的缺陷，利用多層元胞自動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，引入層內(nèi)和層間半移位變換，以及具有隨機(jī)性的全局移位變換，設(shè)計(jì)了一種新的多層可逆元胞自動(dòng)機(jī)分組加密算法。該算法增強(qiáng)了層與層之間的聯(lián)系，表現(xiàn)出更復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)行為，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法提高了密文對(duì)明

3、文和密鑰的敏感性，具有良好的擴(kuò)散性和混淆性效果。
　　2.針對(duì)可逆元胞自動(dòng)機(jī)數(shù)量稀少的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種可逆元胞自動(dòng)機(jī)的構(gòu)造方法，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一種基于可逆元胞自動(dòng)機(jī)的反向迭代分組加密算法。該算法充分利用了多層元胞自動(dòng)機(jī)的層狀結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，在層與層之間進(jìn)行交叉異或運(yùn)算，并引入偽隨機(jī)序列，反向演化實(shí)施加密，前向迭代實(shí)施解密。仿真結(jié)果表明，該算法具有良好的擴(kuò)散性和混淆性，而且密文和隨機(jī)序列是不可區(qū)分的;這些性質(zhì)確保了提出的加密算法能夠抵

4、抗統(tǒng)計(jì)分析、線性分析和差分分析攻擊。
　　3.在分析圖像數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與八層元胞自動(dòng)機(jī)關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了一種新的基于多層元胞自動(dòng)機(jī)的圖像加密方案。該方案是反向迭代的分組加密算法的擴(kuò)展和應(yīng)用，同樣的引入了偽隨機(jī)序列和偽隨機(jī)數(shù)，但是本算法中對(duì)偽隨機(jī)序列又進(jìn)行了隨機(jī)演化，而且利用偽隨機(jī)數(shù)控制加密過(guò)程中不同層之間的交叉運(yùn)算，使得密圖中的像素分布更具隨機(jī)性。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)表明該算法具有足夠大的密鑰空間，加密后的圖像像素分布均勻、相鄰像素的相關(guān)性低

5、，并且對(duì)密鑰和明文非常敏感，即該算法是安全的，且具有良好的性能。
　　4.在研究了一種已有的基于可逆元胞自動(dòng)機(jī)理論的公鑰加密算法的基礎(chǔ)上，借助于多層元胞自動(dòng)機(jī)定義了一種新型的鄰域結(jié)構(gòu)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出基于多層元胞自動(dòng)機(jī)的公鑰加密算法。利用可證明安全理論，可以證明該算法是安全抵抗選擇明文攻擊的，彌補(bǔ)了其他元胞自動(dòng)機(jī)公鑰加密方案的不足;并且，利用隨機(jī)預(yù)言模型，還可以將其改進(jìn)成可以安全抵抗選擇密文攻擊的公鑰加密算法。對(duì)密鑰空間的分析以及仿真實(shí)

6、驗(yàn)結(jié)果表明，本算法相較于RSA-1024加密算法具有高效性。
　　5.嘗試?yán)迷詣?dòng)機(jī)理論構(gòu)建數(shù)字簽名算法，在上述公鑰加密算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于多層元胞自動(dòng)機(jī)的數(shù)字簽名算法，彌補(bǔ)了元胞自動(dòng)機(jī)在數(shù)字簽名上的空白。該算法選取可逆的一維元胞自動(dòng)機(jī)作為私鑰進(jìn)行簽名，構(gòu)建出的二維規(guī)則作為公鑰進(jìn)行簽名的驗(yàn)證。此算法是一個(gè)隨機(jī)算法，元胞自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)數(shù)和一維元胞自動(dòng)機(jī)的個(gè)數(shù)以及二維元胞自動(dòng)機(jī)的鄰域半徑均是不固定的，可以依據(jù)實(shí)際應(yīng)用隨機(jī)設(shè)定