对多混沌映射图像加密算法的分析与改进

对一种多混沌映射图像加密算法进行分析,分析结果表明,该算法不能抵抗选择明文攻击和差分攻击,为此提出一种改进的自适应多混沌分块图像加密算法。将图像分成上下两块,使加密因子与明、密文相关联;改进加密公式,使密文与明文、密钥的关系复杂化。实验结果表明,改进算法的安全性高,克服了原算法不能抵抗选择明文攻击和差分攻击的缺陷,拥有更好的密文统计特性,且密钥空间巨大、加密速度快。     

对“改进遍历矩阵和像素值扩散的图像加密算法”的密码分析

最近提出了一个基于混沌的改进遍历矩阵和像素值扩散的图像加密算法,该加密算法首先将Logistic混沌映射构造一个遍历矩阵用于在图像空域迭代置换,然后再采用一个新的混沌序列对像素值进行扩散。通过对该加密算法的分析,找出了该算法存在的安全漏洞,从而提出了选择明文/已知明文的攻击方法,通过选择特殊的明文图像及其对应的密文图像,可在未知密钥的条件下对同样大小的密文图像进行破解。仿真实验结果表明这种攻击方法非常有效。     

复合级联混沌的彩色图像加密算法

分析了目前基于混沌系统的彩色图像加密算法,其中发现在混沌彩色图像加密过程中安全性方面的不完善,并在此基础上提出了一种新型的基于级联混沌的多重像素置乱彩色图像加密算法。该算法采用了Kent-Logistic的级联混沌与Henon离散混沌的复合系统,同时结合Arnold映射和像素排列切割的多重像素置乱方法,使得图像像素值和像素位置全盘置乱扩散,从而达到明文图像信息完全隐藏的密文效果。仿真实验表明,该算法不仅能有效抵抗选择明文（密文）攻击、统计特性分析、差分攻击,而且还具有加密效果好、密钥空间大等优点。     

基于改进Logistic映射的混沌图像加密算法

经典Logistic映射存在系统参数范围受限、混沌序列分布不均等问题。对Logistic映射进行改进并将其应用于图像加密中,设计一种置乱与扩散同时操作的图像加密算法。对经典Logistic映射增加模运算并对其所生成序列进行二进制比特重排,利用改进Logistic映射生成具有更好混沌特性的伪随机序列并用于加密系统的置乱和扩散阶段。将所生成的伪随机矩阵与明文图像矩阵进行异或操作以实现明文图像预加密。在此基础上,采取置乱与扩散同时操作的策略以置乱和扩散预加密后的图像从而得到密文图像。安全性分析及实验结果表明,该算法具有良好的加密性能和安全性,可以抵抗暴力攻击、差分攻击等常见攻击。     

密钥动态选择机制的图像加密算法

构造了一个六维离散混沌系统，并在此混沌系统的基础上设计了一个伪随机数生成器。基于该伪随机数生成器提出了一种密钥动态选择机制的图像加密方案。该加密方案采用了经典的置乱-扩散加密结构。在该加密方案中，置乱序列与明文图像的像素总和相关，而在扩散阶段的扩散密钥流是根据每个像素值动态变化的，因此算法能抵抗选择明文（密文）的攻击。解密时的密钥只是混沌系统的初始值，明文图像的像素的总和是不需要的，因此克服了“一次一密”加密方案（加密不同明文所用密钥不同）中密钥管理的难度。实验结果和安全性分析表明：该算法具有密钥空间大、密文没有明显的统计特性、密文对明文和密钥非常敏感、能够抵抗差分攻击和选择明（密）文的攻击等优点，具有良好应用前景。     

椭圆曲线与自适应DNA编码的混沌图像加密算法

目的 当前大多数的混沌图像加密算法采用与明文相关的对称加密方式,存在密钥冗余以及一次一密模式难以实现的问题,为此,提出一种新的椭圆曲线与自适应DNA（deoxyribonucleic acid）编码结合的混沌图像加密算法。方法 算法利用椭圆曲线的公钥密码体制达成密钥共识,结合4维Lorenz超混沌系统产生共识密钥序列用于自适应DNA编码加密,在DNA编解码的扩散过程中内嵌中间密文状态反馈的动态扩散—自适应置换结构以抵抗分割攻击与选择明文攻击,加密过程的密文状态在解密端能够自适应同步,无需额外传输。结果 算法的密钥空间为2²⁵⁶,足以抵抗穷举攻击。通过对多幅不同尺寸的测试图像进行仿真,比特变化率（number of bit change rate,NBCR）均接近50%,密文各方向上的相邻像素相关性均接近于0,信息熵接近理想值8,并且全部通过NIST SP800-22随机性测试以及抗差分攻击分析。其他混沌图像加密算法进行对比分析,结果表明,本文算法具有极高的实用性和安全性。结论 本文算法完善了密钥冗余的问题,提高了算法的可行性,同时通过实验验证了算法的安全性,适合用于对各种尺寸的图像进行加密及相关的信息安全保障。     

一种时空混沌的图像密码

针对现有算法的一些不足,结合Arnold映射和耦合映射格（CML）设计了一种新的图像加密算法,将密文反馈机制引入算法的像素值加密过程中,使密钥流的生成不仅与密钥相关,而且与明文相关,可有效抵抗选择明文攻击和选择密文攻击;另外,由于加密过程将置换和替代（像素值加密）多轮使用,乘积密码的优点得以体现,这就使等效密钥分析很难奏效。最后通过实验验证了算法的安全性和有效性。     

细胞神经网络与改进AES的超混沌图像加密方案

针对当前一类基于混沌系统的图像加密算法的应用进行研究,提出了一种五维细胞神经网络和AES（高级加密标准）加密算法相结合的超混沌图像加密算法。该方法定义了五个数和提取一个与明文像素值相关的参数作为密钥,通过细胞神经网络生成的超混沌序列作为AES加密算法的目标密钥;将明文与目标密钥进行异或处理;将目标密钥代入算法进行若干次AES加密算法进行加密得到密文。通过实验仿真表明,该算法能较好地抵抗差分攻击、统计特性分析等,而且还能有效抵抗明文攻击,加密效果较好。     

一种基于复合混沌序列的图像加密算法安全分析

针对一种基于复合混沌序列的图像加密算法进行了安全分析,该加密算法采用置换—正向扩散—逆向扩散三级加密,由于正向扩散和逆向扩散采用了相同的一维扩散序列,可将正向扩散和逆向扩散两级加密简化为一级扩散加密,进而将置换—正向扩散—逆向扩散三级加密简化为置换—扩散两级加密;此外,该加密算法生成的混沌序列与明文、密文图像无关,可根据选择明文攻击获取其对应的等效扩散密钥和等效置换密钥.理论分析与数值仿真实验结果表明了该分析方法的有效性;针对原加密算法存在的安全漏洞,提出了若干改进建议以提高其安全性能.     

基于混沌映射的图像块加密算法

针对图像置乱和扩散加密算法中的漏洞,提出一个明文信息可以参与的加密算法.通过耦合混沌序列来提取部分明文信息,采用提取的明文信息控制密钥的产生进而对明文加密.在加密的过程中,利用计算机二进制的特点进行分块加密,并对图像进行扩散处理.理论分析和仿真实验结果表明,该算法具有足够大的密钥空间,密文对密钥很敏感,能够抵抗明文攻击和统计攻击,比仅对图像置乱和扩散加密更安全,并且加密效果较理想,可广泛应用于信息安全领域.     

基于格雷码和混沌系统的图像加密算法

针对当前的一些具有置乱-扩散结构的图像加密算法中,存在加密程度低的问题,提出了一种新的图像加密算法.置乱阶段先利用格雷码变换进行全局的置乱,然后再根据混沌序列进行行列间置乱变换.扩散部分采用了正向和反向的异或操作.实验结果表明,该算法提高了密文的安全性和密钥的敏感性,增大了密钥空间的大小,同时能很好的抵抗统计分析、穷举攻击等.     

混沌映射和流密码结合的图像加密算法仿真

为了有效改进彩色图像加密的效果和安全性,在对采用混沌映射的图像加密算法研究的基础上,提出一种结合混沌映射和流密码的彩色图像加密算法。加密过程采用置乱-扩散结构:在置乱阶段首先根据输入图像初始化Kent混沌系统,再利用Kent混沌系统生成ZUC-256流密码算法的初始密钥和初始向量,ZUC-256算法随后生成随机序列对彩色图像进行R、G、B三轮像素值置乱。在扩散阶段同时使用Kent混沌系统和ZUC-256流密码算法生成的随机序列对输入图像的像素值进行扩散。仿真结果显示,提出的算法具有加密算法简单、密钥空间大等特点,能较好地抵抗差分分析攻击、统计特性攻击。     

Cryptanalysis and improvement of an image encryption algorithm based on hyper-chaotic system and dynamic S-box

Recently, an image encryption algorithm based on hyper-chaotic system and dynamic S-box has been proposed by Liu et al. The main idea of the encryption algorithm is utilizing key-streams generated by hyper-chaotic system to permute and substitute plain-image pixels. In this paper, we analyze the potential security problems of the encryption algorithm in detail and propose a chosen-plaintext attack to break the encryption algorithm. The proposed chosen-plaintext attack indicates that the encryption scheme is insecure and not suitable for image secure communication. Based on the result of cryptanalysis, an improved algorithm is proposed to eliminate the potential security problem in Liu’s algorithm. Experimental results show that improved algorithm not only inherits the merits of the original scheme, but also has better cryptographic performances in statistical characteristics, plaintext sensitivity and key sensitivity.     

JPEG比特流加密域大容量可逆数据隐藏

兼顾加密JPEG图像的隐藏容量和安全性,提出一种JPEG比特流加密域可逆数据隐藏新方法。该算法设计了一种块间置乱与块内加密相结合的JPEG比特流加密方法,不仅实现对图像块的伪随机置乱,还实现了熵编码块的霍夫曼编码和扩展位的全加密,降低信息泄露可能性的同时,提高了算法抵抗唯密文攻击的能力。同时,该算法生成的加密JPEG比特流与JPEG解码标准兼容,解码得到的加密图像类似随机噪声且与原始图像大小相同,所有图像块熵编码都可以用来隐藏附加信息,有效解决了隐藏容量与安全性之间的矛盾。对比分析了算法的安全性、文件大小和隐藏容量等性能。实验仿真结果表明本文算法能有效抵抗唯密文攻击,隐藏容量是现有最新同类算法的4倍以上。     

混沌映射与比特重组的图像加密

目的 当前很多图像加密都采用基于比特的加密算法。针对这种比较流行的加密算法所存在的安全缺陷问题,提出一种能够解决比特面0比特和1比特置乱时的位置限制的图像加密算法,实现比特的全局重组。方法 首先利用Tent混沌映射生成一个伪随机序列,然后利用生成的伪随机序列对比特明文图像进行整行以及整列的置乱,将置乱后的比特像素矩阵分块分别进行Henon映射的置乱,最后经过扩散操作得到最后的密文图像。结果 加密后明文图像的像素值的分布由不均匀变成了均匀分布,明文图像的各像素间的相关性被打破,使得原图没有了统计特性,像素变化率（NPCR）以及归一化平均变化强度（UACI）皆接近理想值,算法能够抵抗穷举攻击和差分攻击,并且在能保证加密安全的同时能有较低计算复杂度。结论 本文所提出的图像加密算法具有加密后像素相关性低、密钥空间大,以及对明文图像和密钥高度敏感等特点,本文算法在进行比特级的置乱时,又加入了与明文相关的特性,增强了加密算法的明文敏感性,同时也加强了加密算法的扩散性,可有效地保障密文图像的安全。     

基于混沌系统和人工神经网络的图像加密算法

针对一些基于混沌的图像加密算法中存在密钥与明文不相关, 混沌序列存在周期性等问题, 提出新的加密方案. 首先基于明文图像和哈希函数SHA-384产生Lorenz混沌系统的初值, 控制混沌系统产生混沌序列, 然后引入人工神经网络对混沌序列进行训练以消除其混沌周期性, 输出新的序列. 使用新的序列对明文图像进行置乱和扩散操作, 完成加密. 实验结果表明, 该算法提高了密文的安全性, 增大了密钥空间, 同时能抵抗各种攻击方式.     

基于滑块与矩阵旋转的混沌图像加密算法

针对当前混沌图像加密算法存在的安全缺陷问题,提出了一种基于滑块与矩阵旋转的混沌图像加密算法。在像素位置置乱过程中根据明文图像自身特点,产生与明文图像紧密相关的混沌系统控制参数;旋转图像子矩阵块来打乱整个图像,使所有像素点均匀分布。最后,在像素值替代过程中,利用滑块加密方法,使每一个像素点的加密结果都会影响滑块内的其他若干像素点,从而使加密图像所有像素点的加密结果相互关联,提高了加密图像的安全性。实验仿真结果表明,该加密算法能够有效的抵抗统计特征攻击、差分攻击,具有较高的安全性和良好的加密效果。     

基于二维CA和混沌系统的图像加密新算法

基于二维元胞自动机和Logistic混沌映射,提出了一种新的图像加密算法.该算法主要思想是采用Logistic映射设计一种非线性耦合结构来对明文像素矩阵进行置乱,然后在分析元胞自动机的混沌和密码学性质的基础上构造一个二维伪随机数矩阵来进行图像加密.仿真实验结果表明,该算法具有较大的密钥空间,对密钥具有极高的敏感性,密文具有良好的扩散和统计特性,可以有效地抵御穷举攻击、敏感性攻击以及统计攻击等.