随着移动互联网、云计算技术以及多媒体应用的急速发展,上至国家情报、下到个人隐私安全等信息安全问题日益凸显。其中,对音频等多媒体数据进行混沌加密是有效保护音频信息的方法之一。目前混沌音频加密的研究多是偏重对混沌系统的设计,力求以更加新颖的混沌系统来对音频进行安全保护。虽然新系统产生的伪随机序列在随机性上通过了诸如NIST、TestU01等随机性测试,但在音频的加密手段上还是稍显薄弱,单一的使用异或运算进行加密难以抵御各类攻击。进一步来说,混沌系统尤其是单一混沌映射的内随机性、初值敏感性等特点在精度有限的数字系统中都存在着不可避免的混沌退化,即随着数字平台的不断迭代计算,混沌系统逐渐由随机无序的混沌态变成线性的周期态,因此不再适合应用到加密当中。而且音频等多媒体数据均具有大信息、大冗余量等特性,若在混沌密码算法中不将混沌退化现象考虑其中,则很难保证音频数据整体加密效果与安全性。出于对上述问题的考虑,本文从不同的角度设计出针对音频的混沌加密算法。首先将复混沌系统引入音频加密算法,复数域使混沌系统的维度、随机性以及音频加密算法的密钥空间扩大,使得暴力破解更加难以实现。其次在加解密过程中采用反同步控制方法,利用驱动—响应系统的反同步效应,改善加密算法的鲁棒性以及对初值的依赖性,使密钥管理与密钥分发的难度降低。最后,在密钥生成环节将单向、高度敏感性的Hash函数加入音频算法,利用Hash函数将明文音频压缩成固定长度的散列值,再将其应用到混沌系统初值的计算中,由于散列值与明文是高度一一对应的,即便攻击方能够获取密钥也无法破译密文,也保证了加密算法的一次一密。另一方面,考虑到数字混沌的退化现象,基于正弦变换混沌系统STBCS(Sine-Transform-Based Chaotic System),提出 ZUC-STBCS 分组混沌扰动算法。以LS(Logistic-Sine)映射为例设计了三维混沌系统,并在迭代中加入小幅度扰动,有效降低了数字系统的混沌态衰减。此外,将祖冲之密码算法(ZUC)加入到加密流程当中,并扩大了初始密钥到512位来增加算法的密钥空间;同时为了提高音频加密的加密效率,利用ZUC算法生成密钥字的特点,设计了叠加异或的轮密钥扩展结构,最终形成分组密码形式的ZUC-512算法。ZUC-STBCS分组混沌扰动算法通过了诸多密码学测试,庞大的密钥空间保证了算法足以抵抗暴力攻击,良好的密文统计特性使得密文无法被差分攻击破解,并且经过算法加密后的密文相关性极低,完全破坏了明文信息中前后的关联。