布尔函数在现代密码学中的应用
布尔函数的密码学性质研究
布尔函数的密码学性质研究布尔函数是密码学领域中的重要概念，它在密码算法和协议中扮演着重要的角色。
本文将探讨布尔函数的密码学性质，并分析其在密码学中的应用。
布尔函数是一类把有限域上的二进制向量映射到一个二进制值的函数。
在密码学中，布尔函数广泛应用于密码算法和协议的设计中。
它们被用于数据加密、数字签名、密钥生成等方面。
布尔函数的密码学性质包括均匀性、平衡性、非线性性和秘密性等。
均匀性是指布尔函数输出值的分布均匀，其中每个输出值的次数接近于理论上的平均值。
平衡性是指函数的输出值在0和1两个状态之间平均分布。
非线性性是指函数的输出值与输入值之间的关系不是线性的，这是密码学强度的必要条件。
秘密性是指函数应该能够保持输入值的机密性，防止信息泄露。
密码学中的S盒和布尔函数有密切关联。
S盒是一种用于替换密码算法中的线性变换的非线性表格结构，常常通过布尔函数实现。
布尔函数的非线性性决定了S盒的安全性和复杂性。
合适的布尔函数可以提高S盒的非线性性，提高密码算法的安全性。
布尔函数还有其他几种重要的性质。
差分性是指对于任意两个相邻输入的差异，布尔函数输出值的差异应该是均匀分布的。
典型性是指在一个有限域上的布尔函数在输入领域中均匀地分布。
自相关性是指输出值与输入值之间的相关性应尽量接近于0。
布尔函数在密码学中的应用非常广泛。
在对称密钥加密算法中，布尔函数常常用于设计S盒和置换盒，用于替换和置换算法中的线性变换。
在公钥加密算法中，布尔函数可以用于生成密钥对中的随机数，保证密钥的安全性。
在数字签名算法中，布尔函数可以用于生成和验证签名。
总之，布尔函数是密码学领域中的重要概念，具有均匀性、平衡性、非线性性和秘密性等密码学性质。
布尔函数在密码算法和协议的设计中有广泛的应用，如S盒设计、置换盒设计、密钥生成和签名等。
研究布尔函数的密码学性质，可以提高密码算法的安全性和效率，对密码学的发展具有重要意义布尔函数在密码学中扮演着重要的角色，特别是在密码算法和协议的设计中。
具有优良密码学性质的布尔函数的构造及其在CDMA系统中的应用
具有优良密码学性质的布尔函数的构造及其在CDMA系统中的应用具有优良密码学性质的布尔函数的构造及其在CDMA系统中的应用摘要：布尔函数在密码学中具有重要的应用价值。
本文将探讨具有优良密码学性质的布尔函数的构造方法，并阐述其在CDMA系统中的应用。
关键词：布尔函数；密码学性质；构造方法；CDMA系统一、引言密码学是一门研究信息安全和数据保护的学科，其应用广泛存在于各个领域。
布尔函数是密码学中一类重要的数学工具，它能够提供在密码编码和解码过程中需要的逻辑运算。
二、具有优良密码学性质的布尔函数的构造方法1. 线性函数生成方法线性函数是最简单且最基础的布尔函数，其形式为F(x) =ω1 * x1 ⊕ ω2 * x2 ⊕ … ⊕ ωn * xn，其中Ø是逻辑异或运算符。
线性函数生成方法通过调整权重ω和逻辑运算符⊕的组合来构造布尔函数。
2. 非线性函数生成方法非线性函数是具有较复杂特性的布尔函数，其形式为F(x) = ω1 * x1 * ⊕ ω2 * x2 * … ⊕ ωn * xn。
非线性函数的构造方法比线性函数更加复杂，可以通过混合各种逻辑运算符来构造函数。
三、具有优良密码学性质的布尔函数在CDMA系统中的应用CDMA（Code Division Multiple Access）是一种多用户共享的通信技术，其基本原理是每个用户利用独立的扩频码进行编码和解码。
布尔函数在CDMA系统中的应用主要体现在两个方面：1. 扩频码的生成在CDMA系统中，扩频码用于将用户的数据进行编码，以实现多用户之间的信号分离。
布尔函数可以用于生成扩频码，保证扩频码具有较好的随机性和低自相关性，从而提高系统的抗干扰性能。
2. 数据解码和解密CDMA系统中，多用户的信号共享在接收端进行解码和解密。
布尔函数可以用于实现扩频码的解码，并进行数据解密。
通过选取具有优良密码学性质的布尔函数，可以提高系统的安全性和隐私保护。
四、结论本文探讨了具有优良密码学性质的布尔函数的构造方法，并阐述了其在CDMA系统中的应用。
布尔函数相关理论及其应用
布尔函数相关理论及其应用布尔函数是数学和计算机科学领域中一个重要的概念。
它被广泛应用于逻辑设计、电路设计、密码学、信息安全等领域。
本文将介绍布尔函数的基本概念、性质以及它在实际应用中的一些例子。
一、布尔函数的定义布尔函数是由布尔变量和逻辑运算符组成的一种函数，它的取值只能是0或1。
布尔变量可以看作逻辑变量，它们代表了逻辑值的真和假。
逻辑运算符包括与、或、非等。
布尔函数可以表示一种逻辑关系，描述了不同变量之间的逻辑连接。
二、布尔函数的性质1. 单调性：对于任意布尔函数f(x1, x2, ..., xn)，如果在某两个向量x 和y中，x的每个元素都小于等于y的对应元素，那么f(x)小于等于f(y)。
换句话说，单调性表示提高一个输入变量的取值会导致输出变量的取值增加或保持不变。
2. 自反性：对于任意布尔函数f(x), f(x')=1-f(x)。
这意味着如果一个布尔函数取真的输入向量x，那么将x的每个元素取反所得到的向量x'将导致函数值取反。
3. 幂等性：对于任意布尔函数f(x), f(x)=f(f(x))。
这表示一个布尔函数与它自己的复合等于它本身。
三、布尔函数的应用1. 逻辑设计：布尔函数被广泛应用于逻辑门电路的设计。
逻辑门将布尔函数的输入映射为输出。
通过组合不同的逻辑门，可以实现复杂的逻辑功能，如加法器、乘法器等。
2. 信息安全：布尔函数在密码学和信息安全领域中起着重要的作用。
它们被用于生成密钥和实现加密算法。
布尔函数的性质可以帮助设计强大的密码算法，抵抗各种攻击。
3. 电路设计：布尔函数被应用于电路设计中，用于描述和优化电路的功能和性能。
通过布尔函数分析和优化，可以提高电路的速度、面积和功耗等指标。
4. 模拟电路的离散化：布尔函数可以将连续的输入变量离散化，从而将模拟电路问题转化为数字逻辑的问题。
这种转化可以简化电路设计和分析的过程。
四、布尔函数应用案例1. DES加密算法：DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，它使用了布尔函数来实现复杂的密钥生成和数据变换。
布尔函数相关理论及应用
布尔函数相关理论及应用布尔函数是一类关于逻辑运算的特殊函数，其输入和输出都是逻辑值：0或1。
布尔函数在计算机科学、电子工程、密码学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍布尔函数的基本理论和其在某些领域的应用。
一、布尔函数的定义和性质布尔函数是指输入和输出都是0或1的函数，它们通过逻辑运算符（如与、或、非）来组合。
一个布尔函数可以用一个真值表或者一个布尔表达式来表示。
布尔函数有一些重要的性质，其中包括：唯一性、恒等性、对偶性、平衡性、非线性等。
这些性质使布尔函数具有许多重要的特征，可以用于计算和逻辑设计中。
二、布尔函数的表达方式1. 真值表表示真值表是一种直观的方式来表示一个布尔函数。
它列举了所有可能的输入组合及其对应的输出值。
2. 布尔表达式表示布尔表达式是一种用逻辑运算符和变量表示布尔函数的方式。
其中常用的逻辑运算符有与、或、非，变量可以是输入变量或者中间变量。
三、布尔函数的基本运算1. 与运算与运算是布尔函数中最基本的运算之一。
它接受两个输入，当且仅当两个输入都为1时，输出结果为1，否则为0。
2. 或运算或运算也是布尔函数中常用的运算。
它接受两个输入，当且仅当两个输入至少有一个为1时，输出结果为1，否则为0。
3. 非运算非运算是对一个输入取反的运算。
它只接受一个输入，当输入为0时，输出为1，当输入为1时，输出为0。
四、布尔函数的应用1. 逻辑电路设计布尔函数在逻辑电路设计中起到关键作用。
逻辑门（如与门、或门、非门等）可以通过组合布尔函数来实现特定功能的逻辑电路。
2. 算法和数据结构布尔函数在算法和数据结构中也有广泛的应用。
例如，布尔函数可以用于判断两个集合是否相等，寻找图中的最短路径，进行排序等。
3. 密码学布尔函数在密码学中起到重要作用。
例如，布尔函数可以用于生成密钥，加密和解密数据，运行密码学协议等。
4. 生物信息学在生物信息学中，布尔函数被用于分析和处理生物数据。
例如，可以使用布尔函数来比较DNA序列的相似性，预测蛋白质的结构等。
导数在密码系统布尔函数性质研究中的作用
足乘法规则Ｄ（ｇ ＝ｆ ｇ＋ ｆ） Ｄ
． 这里是把一个 线性映射 Ｄ称为导数，这和微积分中的导数是完
．
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对常数ｃ Ｋ， ｃ ０又 （ｇ ＝ Ｄ ／ Ｄｆ ｇ ＝ ｇｆ— Ｄ ） ．使 代数也 ∈ 有Ｄ ＝ ，有Ｄ １ ） － ｇｇ ，（／） （ ／ Ｄ ｆｇ／ 等即 布尔 ｇ
［ 中图分类号】Ｏ１３ ２ ５． 【 文献标识码】Ａ 【 文章编 号】 １０ － １２（０ ９ ０＂ ０ １０ ０９２０ ２０）４００－６ －
１ 导数，ｅ 导数的意义和应用特点 一
本 文要 使用 的导数， 导数 是指 布尔 函数 的导数 （一 ｅ ． ｅ导数 ）、导数（ 导数） 偏 的概念 可参看 很多关 于数 字 分析 、逻 辑设计 、布 尔代数 及密 码学 的书 籍及 文 献［】【】３， 导数 的概 念可参 看文 献【】 ２， 】 １，２， １ 一 ［ ｅ ｌ， 】 ３． 【 【 因微积 分知 识的 普及， 到 导数， 马上 想到 的是 定义 在实 数连 续统 上的连 续可 微 函数 的 导数． 一提 人们 微积 分 中导数 的存在 条件是 严格 的， 的连 续还 不能保 证 函数 可微 ． 在着 在区 问上处 处连 续但 处处 函数 存 不可 微 的函数． 尔函数是关 于离 散变量 的逻 辑 函数， 是， 函数 的 导数（ 导数） ． ． 于 布尔 偏 ， 导数 （一 ｅ ｅ偏导 数 ） 的概 念便 使人感 到错愕 ． 实， 函数 的导 数（ 导数） ． 其 布尔 偏 ， 导数 （． 导数） ｅ ｅ偏 只是 因为它 的一些 性质 与连续 函数导 数 的…些 运 算性 质有 点 相似 ， 而借 用 导数 这个 名称 给 予 命 名． 数 学中还 有其 他 的情 形， 有 故 在 还 更 多的 导数概念 ． 比如， 布 尔空 问 中有 康托 尔一 本迪 克松 导数 （ ａ ｔｒ ｅ ｄｘｏ ｅｉａｉｅ 拓 扑空 在 Ｃ ｎｏ－ ｎ ｉｓｎ ｄ ｒ ｔ ）： Ｂ ｖ ｖ 问的所有 非孤立 点组 成 的子 空问． 尔空 问 的一阶 康托 尔 一本 迪 克松 导数是 指 ＝Ｘ ＼ ）这 布 ，（ ．
两类具有良好密码学性质的布尔函数的构造
两类具有良好密码学性质的布尔函数的构造两类具有良好密码学性质的布尔函数的构造在密码学领域中，布尔函数是一种重要且常用的工具。
布尔函数是一个将输入位映射到输出位的逻辑函数，它的输入和输出均由二进制位组成。
布尔函数在密码学中的应用非常广泛，例如在加密算法、消息认证码以及伪随机数生成器等方面。
为了确保密码系统的安全性，布尔函数需要具备一些良好的密码学性质。
其中最重要的性质有非线性性、均匀性和雪崩效应。
接下来，我们将介绍两类具有良好密码学性质的布尔函数的构造方法。
第一类布尔函数的构造方法是利用非线性函数的组合。
非线性函数的输入与输出之间的关系不符合线性方程的性质，这使得它们在密码学中有着重要的应用。
利用非线性函数的组合，我们可以构造出具有良好密码学性质的布尔函数。
一种常见的非线性函数是布尔函数的密度函数。
密度函数是刻画布尔函数与一个均匀分布函数之间差异的函数。
在构造布尔函数时，我们首先选择一个具有良好密码学性质的基本布尔函数，然后根据需要通过连续或离散操作来变换该函数的输入和输出。
通过对基本布尔函数的多次组合，我们可以得到一个具有良好密码学性质的复合布尔函数。
第二类布尔函数的构造方法是利用置换函数和代数运算。
置换函数是一种将输入位重新排列的函数，它可以改变输入位之间的依赖关系。
代数运算是对输入位之间的逻辑关系进行修改的运算。
这两种操作可以通过布尔代数的相关理论来实现。
我们首先选择一个随机的布尔函数，并通过代数运算和置换函数对其进行变换。
通过变换布尔函数的输入与输出之间的依赖关系，我们可以构造出具有良好密码学性质的布尔函数。
在这个过程中，我们需要考虑函数的均匀性和雪崩效应。
布尔函数的均匀性是指在任意输入位的改变下，输出位的变化应该是均匀的。
这意味着如果只改变输入位中的一个位，那么只有一个输出位发生改变。
布尔函数的雪崩效应是指当输入位发生微小改变时，输出位发生了较大的变化。
通过这两类布尔函数的构造方法，我们可以得到满足密码学安全性要求的布尔函数。
密码学中布尔函数论文
密码学中的布尔函数摘要：本文介绍布尔函数中的bent函数及其的密码性质。
关键词：布尔函数；bent函数；线性；密码；相关度中图分类号：g712 文献标识码：a 文章编号：1002-7661（2012）22-368-01布尔函数（单输出和多输出）在密码算法的设计与分析中占有极其重要的地位.人们对布尔函数的平衡性、对称性、高非线性、相关免疫性、扩散性等进行了深入研究，特别是对抵抗相关攻击的相关免疫函数类、抗线性分析的bent函数类进行了系统的研究，取得了丰富的成果。
本文介绍布尔函数中的bent函数。
抗线性分析是密码系统必须具备的安全性能，所以非线性性是布尔函数最重要的密码学性质之一。
由rothaus 提出的bent函数是一类重要的密码函数，具有最高非线性度，由于其在密码、编码理论、序列以及设计理论中的重要应用，引起了密码学界的极大关注，取得了一系列的研究成果。
给出了bent函数的定义如下：定义1 如果元布尔函数的所有谱值都等于，称为bent函数。
另外，bent函数还有一些等价定义：定理1 设是元布尔函数，那么下面说法是等价的。
为bent函数。
对每一个都有，其中：是的第行。
其中：为矩阵；为的序列：为的序列，；；为集合中元素的个数；；为的非线性度。
一直以来对bent函数的构造都是研究者所关心的问题。
构造方法可分为两种，一种是间接构造，即用已有的函数来构造新的bent 函数；另一种就是直接构造。
至今所知道的直接构造主要有两类：一种是m（）类，另一类是ps（）类。
下面再介绍两个定理：定理2 （）：令，则是元bent函数，其中是上的任意置换，而是上任意的布尔函数。
若将的子空间e的指示函数定义为，而ps类bent函数就是将由所有或个的“不交的”维子空间的指示函数的模2和所组成的函数的集合，其中，“不交的”意味着任意两个这样的子空间只交于0元素，且它们的维数都是p，所以任意两个这样的子空间的直和是。
在参考文献中给出了的一种划分，从而得到了一种构造这类函数的方法，并且给出了对应bent函数的代数范式。
密码学中的布尔函数研究综述
密码学中的布尔函数研究综述
吴晓平;秦艳琳
【期刊名称】《海军工程大学学报》
【年(卷),期】2005(017)006
【摘要】概述了目前密码学中布尔函数的研究现状和重要研究方向上的新成果,并对布尔函数的研究进行了展望,指出了一些重要的研究热点问题.
【总页数】6页(P32-36,42)
【作者】吴晓平;秦艳琳
【作者单位】海军工程大学,电子工程学院,湖北,武汉,430033;海军工程大学,电子工程学院,湖北,武汉,430033
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.22
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布尔函数在现代密码学中的应用THE APPLICATION OF THE BOOLEAN FUNCTION IN MODERNCRYPTOGRAPHY指导教师：申请学位级别：学士论文提交日期：2014年6月9日摘要在密码学中扮演着重要角色的布尔函数被广泛用于流密码和分组密码的分析和设计中。
最主要的原因是布尔函数的密码学性质在某种程度上直接决定系统的安全性。
本文是一篇关于布尔函数的密码学性质及其应用的文章。
文中首先介绍了布尔函数的研究背景、重要性及国内外研究现状，并概述了密码学相关的基础知识，给出了布尔函数的定义，对其各种表示方法和研究方法进行介绍，主要介绍了真值表，小项表示等。
其次讨论了布尔函数的几个密码学性质和定理，重点介绍了作为布尔函数研究的一个重要工具——Walsh谱，并介绍了布尔函数的密码学性质，主要包括非线性、平衡性、相关免疫和严格雪崩等。
最后重点研究了布尔函数在流密码和分组密码中的应用。
序列密码体制的安全性取决于密钥流，而密钥流序列由密钥流生成器产生，在密钥流生成器中，布尔函数起着极其关键的作用。
分组密码体制的算法中最具有代表性之一的是DES 算法，其设计的关键是S盒，而多输出布尔函数可以很好地用来描述S盒。
关键词：序列密码；分组密码；密钥流生成器；DES算法；S盒；布尔函数；Walsh谱ABSTRACTThe Boolean function playing an important role in cryptology is widely used in the analyses and designs of stream cipher or block cipher.The main reason is that at some degree the cryptographic properties of Boolean function directly decide the security of system.This dissertation is devoted to the cryptographic properties and applications of the Boolean functions in modern cryptography.Firstly the research background and significance of Boolean function, and the status-quo of this research both at home and abroad are introduced.And the basic knowledge of cryptography are summarized,and the Boolean function is definited , furthermore the denotation methods and the research methods of the properties of Boolean function,mainly including the truth table and polynomial denotation, etc are summarized .Secondly several cryptographic properties and theorem about the Boolean function are discussed , Walsh spectrum which is thought as an important tool of studying the Boolean function are introduced, and the cryptographic properties of the Boolean function, mainly including nonlinear, balance, related immune and strict avalanche,etc are introduced.Finally we focuse on the applications of the Boolean function in stream cipher and block cipher. The security of stream cipher depends on the key stream furthermore the key stream sequences are generated by the key stream generators where the Boolean function plays an important role.One of the most representative block cipher algorithm is DES algorithms, which the key on designing is S-box,which can be described by multiple output Boolean function.Key word：Stream cipher ; block cipher；key stream generators；S-box；Boolean function; Walsh spectrum目录1 前言 (1)1.1 背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状综述 (1)1.3 本文研究的主要内容 (2)2 基本理论知识 (3)2.1 密码学基本概念 (3)2.2 布尔函数的基本知识 (5)2.3 布尔函数的研究方法 (8)3 布尔函数的密码学性质 (10)3.1 布尔函数的Walsh变换及其性质 (10)3.2 布尔函数的线性性 (11)3.3 布尔函数的非线性性 (12)3.4 相关免疫性 (13)3.5 布尔函数的平衡性 (13)3.6 布尔函数的对称性 (14)3.7 严格雪崩准则 (14)3.8 扩散准则 (14)4 序列密码与布尔函数 (15)4.1 序列密码概述 (15)4.2 密钥流生成器 (16)4.3 位移寄存器 (16)4.4 序列密码中布尔函数的设计准则 (19)5 分组密码与布尔函数 (21)5.1 分组密码概述 (21)5.2 DES算法 (23)5.3 分组密码中布尔函数的设计准则 (30)6 结论 (31)参考文献 (36)致谢 (37)1 前言1.1 背景和意义在信息技术飞速发展的今天，网络数据的传输和共享越来越复杂，信息传递过程中的安全性越来越被人们所重视，这在某种程度上推动了人们对现代密码学的研究。
从第二次世界大战以来，密码学理论和技术的应用已经不在局限于某个领域，不仅涵盖了军事、国防和金融，而且包含了政府、文教和商业的各个领域[1]。
而现在，现代密码理论及其技术已与个人信息保密与否密切相关，这也就为密码学理论及其技术的应用和研究提供了极为广阔的前景。
当消息通过开放的网络发布时，可能没有任何保密的必要，但用户可能需要确保收到的消息在传输过程中尚未改变。
此外，他们还需要确保他们知道发送者的身份。
所以，如何保证通过互联网传来的信息来源的可靠性、完整性和安全性就显得极为重要，密码学正是能在这一问题上提供保障的重要手段之一，由于布尔函数在流密码和分组密码的加密系统中起着重要作用，而这些系统的安全性主要由布尔函数的密码学性质决定[2]。
自1977年开始，美利坚合众国发行了第一数据加密标准，各国对密码技术的研究都是非常重视的，特别是从单钥密码到双钥密码这一突破性的进展和DES 到AES的过程，更使密码算法的研究风潮一直不退。
无论是单输出布尔函数还是多输出布尔函数，都在密码算法的设计与分析中起有很大的作用，如序列密码中常用的密钥流生成器，既有非线性组合生成器也有非线性滤波生成器，显然对这些生成器的分析也可归结到对布尔函数的分析。
而对现代分组密码体制中的起决定作用的S盒的研究亦可归为多输出布尔函数的研究，而且现在已经将S盒的应用推广到了序列密码体制中，由此可见对密码体制某种程度归结为布尔函数的研究[3]。
所以，为保障信息来源的完整性可靠性，必须有效地构造具有良好的加密特性的布尔函数。
人们已经对布尔函数的研究比较多的有高非线性，平衡性，对称性，扩散性，相关免疫性和严格雪崩等特性，并且硕果累累，但要达到人们对信息保密程度的要求仍还有很多工作要做。
总之，布尔函数在密码学中的研究不仅具有理论价值，而且具有使用价值。
1.2 国内外研究现状综述人们从几千年前就开始运用密码技术了，而当Shannon在1949年发表“保密通讯信息理论”一文之后，密码学才算成为一门科学。
但是1949年到1975年这段时间密码学的研究发展比较缓慢。
但自1976年，赫尔曼和狄菲在其发表的“密码学的新方向”一文中提出了双钥体制，这一密码体制的提出打破了沿用已久的单钥体制，使得收发双方在建立保密通信前不再需要事先交换密钥[1]。
在1976年，Rothaus 证明了n 元布尔函数的非线性度是1n/2122n ---，这里n 是偶数[2]。
这就是bent 函数，具有高非线性，这对于抵抗线性攻击和最佳放射攻击具有很好的作用。
相关免疫性作为布尔函数的一种统计性质，在布尔函数的研究中有着重要意义，它首先由Tsiegenthaler 于1984年在研究流密码系统安全性时提出。
我国密码学研究的代表人物肖教授发现了bent 函数具有一个非常重要的性质：函数的相关免疫阶与非线性次数之间此消彼长，相互矛盾。
通过降低对相关免疫性的要求，可以在非线性次数跟相关免疫阶之间找到某个平衡点，由此提出了广义相关免疫函数。
严格雪崩准则首先是由Webster 和Tavares 在1986年提出的，这一准则对S 盒的研究有重要意义。
在2003年，Courtois [4]和Armknecht [5]提出的强大代数攻击使用了一个新的设计准则，即代数免疫。
代数攻击的主要思想是通过求解多元代数方程组来恢复密钥。
如XL 算法等有效算法的出现，解决了被过度定义的多元代数方程的系统，代数攻击成功地破译出如Toyocrypt 和LILI-128等比较有名的序列密码[6]。
在此背景下，Meier, Pasalic 和Carlet 对代数免疫提出了一种新概念[7]：具有代数免疫性的布尔函数对抵制代数攻击具有较高的免疫性。
1.3 本文研究的主要内容本文着重讨论布尔函数的密码学性质及其在密码学中应用，主要内容安排如下：① 主要介绍布尔函数的研究背景和意义，以及国内外的研究现状。