張舜標

（廣東農(nóng)工商職業(yè)技術學院，廣州 510507）

本篇主要設計基于雙混沌系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)環(huán)境并行加密模型，基于復雜矩陣，構(gòu)造并行加密機制，結(jié)合混沌相位掩碼，構(gòu)造雙重加密函數(shù)，對大數(shù)據(jù)環(huán)境信息進行擴散，有助于同時對大數(shù)據(jù)環(huán)境多幅圖像完成并行加密、解密，降低串擾效應，該加密機制高度安全，擁有較高的安全性，發(fā)揮積極設計實現(xiàn)效益。

1 關于雙混沌系統(tǒng)的概述

1.1 混沌系統(tǒng)的理論

在非線性系統(tǒng)中，混沌（Chaos）是其獨有的非周期運動形式，也正是由于混沌具備非周期性特征，使得混沌與密碼學之間具有特殊的關聯(lián)。在混沌系統(tǒng)中，不僅會對初值具有敏感性，其數(shù)據(jù)也具有隨機性，是基于交叉理論的系統(tǒng)，將混沌系統(tǒng)應用到密碼學領域，能夠發(fā)揮抗干擾、保密、更換密鑰等作用，發(fā)揮應用優(yōu)勢。

1.2 應用雙混沌系統(tǒng)的優(yōu)勢

在實際大環(huán)境數(shù)據(jù)加密模型設計中，分析混沌系統(tǒng)，可以知道該系統(tǒng)就是能夠以隨機密鑰這種計算方式，只需少量參數(shù)的情況下，利用混沌序列對信息進行加密，不僅計算的量較少，也能夠滿足實際中無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)加密、解密基本要求。然而，在實際中，由于混沌系統(tǒng)的加密算法安全性不足，易于被破解，亟待提高系統(tǒng)中算法的復雜度。因此，應用雙混沌系統(tǒng)中，不能夠?qū)⒍喾N混沌模型進行混合，同時，在雙混沌系統(tǒng)中，擁有的算法密鑰空間也很大，對于明文以及密鑰較為敏感，發(fā)揮應用優(yōu)勢。因此，雙混沌系統(tǒng)更加應用優(yōu)勢，不僅可以對明文信息進行加密，成功地克服上述缺點，發(fā)揮應用有效性。

2 設計雙混沌系統(tǒng)下的大數(shù)據(jù)環(huán)境并行加密模型

2.1 設計加密和解密Map函數(shù)

在Map階段函數(shù)中，其輸人為數(shù)據(jù)集中鍵值對集組成的鍵值對的集合，也就是集，而起輸出的則是鍵值< key2，value2 >，在并行加密模型的加密與解過程中，一個Map函數(shù)之中，也均包含有下key2與ualue2兩個函數(shù)，如下所示：

key2=Reprensentlndividual（keyl）

ualue2=Encyl（uzluel）

ualue2=Dncyl（uzluel）

其中，Reprensentlndividual

2.2 設計模型中的Sort函數(shù)

在雙混沌系統(tǒng)下，設計的大數(shù)據(jù)環(huán)境并行加密模型中，Sort函數(shù)的輸入部分，主要是Map函數(shù)的輸出，而Sort函數(shù)的輸出，則是將無的序鍵值對集，轉(zhuǎn)化為一個有序的鍵值對集，其實際的處理過程如下所示：

1）能夠調(diào)用鍵值映射函數(shù)，根據(jù)Reprensentlndividual（key2，…），生成一個新鍵值，即可以生成在多個鍵值中，唯一與之相對應的新鍵值key3；

2）可以收集基于Map函數(shù)的輸出結(jié)果，從而可以得到一個無序的鍵值對，如list { < key2，value2> }，并能夠?qū)⑵錁?gòu)成一個有序的鍵值對列表；

3）對有序鍵值對列表listl { < key2，value2}中的重復的鍵值進行刪除，得到無重復元素的序列鍵值對列表list2{}；

4）將list2 {}賦給value3；

2.3 設計Reduce函數(shù)

Reduce函數(shù)的輸入中，需根據(jù)Sort函數(shù)輸出得到的鍵值對，然后輸出，輸出為明文或密文大數(shù)據(jù)，Reduce函數(shù)的具體操作過程如下：

1）提取由Sort函數(shù)輸出得到的鍵值對，將value3這個有序列表中的所有密鑰數(shù)據(jù)塊和明文數(shù)據(jù)塊提取出來；

2）將每個密鑰數(shù)據(jù)塊或明文數(shù)據(jù)塊中的明文或密文與對應的密鑰k2和k3分離；

3）將密文與k2進行異或得到新的Logistic映射初始迭代次數(shù)b，將明文與k3進行異或得到Tent映射對應的新的迭代次數(shù)b’；

4）將b和b’添加到歷史Logistic映射的初始迭代次數(shù)集合和Tent映射的初始迭代次數(shù)集合中。

5）將分離了密鑰k2和k3的明文或密文前后連接組成新的大數(shù)據(jù)集，作為最終加密或解密的大數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)整個大數(shù)據(jù)的并行加密或解密。

3 仿真實驗

3.1 安全性驗證仿真

為驗證基于雙混沌系統(tǒng)設計的大數(shù)據(jù)環(huán)境并行加密模型的可行性，構(gòu)建出仿真實驗的環(huán)境，其中的硬件服務器平臺，就是Dell 的PowerEdge 8910設備，而本次仿真的軟件平臺，則是Hadoop，在其服務器內(nèi)還包含24核Intel Xeon處理器，內(nèi)存2006，以加密算法為例，隨機輸人一組由于明文構(gòu)成的數(shù)據(jù)集，明文的類型包含文本、圖片、音頻和視頻數(shù)據(jù)，采用文中設計的基于Map-Reduce并行加密框架模型，對大數(shù)據(jù)環(huán)境中的信息進行明文方式的加密。

同時，可以基于統(tǒng)計學的方法，仿真得到在大數(shù)據(jù)環(huán)境中，這個文本類型數(shù)據(jù)在并行加密模型中的明文數(shù)據(jù)與密文數(shù)據(jù)。

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，基于雙混沌系統(tǒng)，對文本類型的明文數(shù)據(jù)實施并行加密之后，其在統(tǒng)計學方面的特性已經(jīng)發(fā)生較大的變化，這就說明應用雙混沌系統(tǒng)并行加密模型，對大數(shù)據(jù)環(huán)境的數(shù)據(jù)進行并行加密，能夠獲得較好的數(shù)據(jù)加密效果。同時，在該并行加密模型中，因為加密算法以及解密算法中，對于控制參數(shù)以及初始化中僅僅有兩個混飩迭代次數(shù)，故此可知在該并行加密模型中存在著很大的密鑰空間，即使攻擊者在已知算法中應用了Logistic映射和Tent映射，也無法通過窮舉來獲得這4個初始參數(shù)，因此，該加密算法具有較好的安全性。

3.2 應用性能仿真分析

可對一組圖像信息進行并行加密中，下圖是參數(shù)λ[0.001，4]，imk取1000，X0取0.6時的結(jié)果，其中Y1在圖（a）和（b）中分別表示不同λ對應的Xn序列值和周期數(shù)（若周期數(shù)>20，則認為chaotic，輸出值為0）由圖可知，當λ<1時，產(chǎn)生的序列為一固定值，等于零；當λ<3時，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)解，即解是不動點，周期數(shù)為1。

仿真結(jié)果中，在輸入中重新界定λ的范圍，可以方便的研究不同區(qū)間內(nèi)的特性如下圖1所示。

圖1 λ=[3.7，3.9]，X0=0.6

觀察到的混沌區(qū)中，選取一個λ以便觀察系統(tǒng)對Xn序列初值的敏感度，不妨取λ=3.82，X0分別取0.6和0.60001，初值的誤差甚至小于程序中用于判斷兩個變量相等的error，同樣的，程序只在imk取1時會有以下輸出，結(jié)果如下圖2，由于整個序列不便于比較，只截取了前后各約50個點。

圖2 λ=3.82，序列值隨迭代步數(shù)變化

有圖2可知，在前20個序列點，數(shù)據(jù)基本還保持一致，隨著迭代步數(shù)逐漸增大，誤差被逐漸放大，提升加密算法的應用性能。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于雙混沌系統(tǒng)，優(yōu)化大數(shù)據(jù)環(huán)境的并行加密模型，應用該并行加密模型，能夠?qū)Υ髷?shù)據(jù)環(huán)境中的多種類型數(shù)據(jù)進行分組并行加密，可以高效對數(shù)據(jù)進行加密、解密，算法執(zhí)行速度快，提高數(shù)據(jù)安全性與加密效率，發(fā)揮積極影響。

[1] 司紅偉，鐘國韻.基于雙混沌系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)環(huán)境并行加密算法設計[J].計算機測量與控制，2015，23（7）：2475-2477，2481.

[2] 薛醫(yī)貴.混沌系統(tǒng)耦合2D離散分數(shù)隨機變換的雙圖像同步加密算法研究[J].微型電腦應用，2015，31（8）：43-45，47.

[3] 高彥卿.混沌掩碼融合頻譜分割拼接的多圖像一次同步加密機制研究[J].科學技術與工程，2014，14（23）：245-251，256.

[4] 陳陽，鄭涵容.復用技術耦合率失真優(yōu)化的多圖像加密機制[J].電視技術，2015，39（3）：21-26.