对改进的基于DNA编码和混沌的图像加密方法的安全性分析*

混沌密码系统已展现了许多非传统密码系统所具有的优良特性,基于混沌的加密算法层出不穷,同时对混沌密码系统进行安全性分析对混沌密码的发展具有重要意义。对一种改进的基于DNA编码和混沌映射的图像加密方法进行了安全性分析,该算法的核心思想是明文图像的DNA编码矩阵与混沌映射产生的随机矩阵的DNA编码矩阵求和,然后再对这个和矩阵中的元素随机求补即得密文图像。运用选择明文攻击的方法,破解了该算法中的等效密钥,从而利用等效密钥再解密出目标明文。理论分析和实验结果验证了本文选择明文攻击策略的可行性。简要讨论了提高该密码算法安全性的一些改进措施。     

混沌和DNA运算结合的图像加密算法仿真

提出了一种混沌和DNA运算结合的图像加密算法,为了实现密钥与明文关联,算法引入了哈希函数,借助哈希函数的单向性和雪崩效应,实现密钥与明文关联,增大密钥空间.通过哈希函数SHA-512计算明文图像和外部密钥的哈希摘要,并将其作为内部密钥.同时算法结合高维Chen氏超混沌系统和一维SPM映射进行设计,对明文图像进行分块处理,然后在Chen氏超混沌序列的选择下对各个明文图像块进行DNA加密运算,最后将加密得到的各密文块合成为密文图像.算法通过编程进行了仿真,结果表明提出的算法具备抗统计分析攻击和抗差分攻击等能力.     

一种混沌图像加密算法的选择明文攻击和改进

在已有的四维超混沌系统的基础上构造了一个五维超混沌系统,对一种结合超混沌序列和移位密码的数字图像加密算法进行了分析,通过选择明文攻击的方法,成功破解了该算法中用于像素位置置乱以及像素值扩散和混淆的等效密钥,从而能利用破解的等效密钥解密出目标明文。为此对该算法进行了两个方面的改进。一个改进是加密系统中使用了新构造的五维超混沌系统,使得改进算法的密钥空间更大,进一步提高了安全性。另一个改进是设计混沌系统的初始值与明文图像的SHA-256哈希值有关,从而使得密钥流与明文图像相关,达到“一次一密”的效果。密钥空间分析、密钥敏感性分析、统计分析、信息熵分析、差分攻击分析、抗剪切、抗噪声、抗压缩分析等实验结果表明,改进后的图像加密算法比原加密算法更加安全有效。     

抗明文攻击的动态DNA编码数字图像加密算法

针对传统图像加密算法易受明文攻击的问题,提出了结合DNA动态编码和离散混沌系统的数字图像加密算法。首先,选取动力学特性复杂且计算复杂度低的离散混沌系统,为图像密码系统提供优质熵源。接着,设计明文相关机制生成混沌加密序列以抵御选择明文攻击。然后,利用混沌序列对图像比特平面置乱,并依次进行DNA编码、混淆和解码的操作。最后,执行比特平面混淆以获得最终的密文。理论分析和实验结果表明,本文的图像加密算法具有密钥空间大、相邻像素相关性强、直方图统计特性优良等特性,该算法在抵抗明文攻击时的鲁棒性。     

基于混合混沌系统和ECG信号的图像加密算法

为提高明文图像和密钥在加密算法的敏感性和不可预测性,设计了一种基于混合混沌系统和ECG信号相结合的图像加密算法。ECG信号因人而异且难以模仿和复制。首先利用wolf算法计算出随机性强的ECG信号特征值,以及生成明文图像的SHA-256哈希值,用于计算混合混沌系统和ZigZag变换的初始条件;其次利用改善的ZigZag变换对明文图像进行动态置乱,并进行DNA动态编码;最后对置乱的图像按照一定的方法完成扩散过程。通过理论分析和实验结果表明,该加密算法对明文图像和ECG信号高度敏感,具有密钥空间大的优点,能够有效地抵抗已知明文、选择明文攻击、抗穷举攻击和差分攻击。     

基于超混沌系统的自适应图像加密算法

基于超混沌系统提出一种自适应图像加密算法。先对超混沌信号进行改造处理,并根据明文像素信息对序列进行变换,使得密钥序列对明文图像敏感;然后以前一个加密像素为基础,通过非线性运算产生中间密钥自适应加密后一个像素,直至所有像素加密完成;最后分别从统计特性、抗差分攻击、密钥敏感及密钥空间和执行效率对算法进行仿真分析,结果显示该算法具有安全性高、运行效率高等特点。     

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。     

基于超混沌系统的明文关联图像加密算法

摘 要：随着计算机网络与多媒体技术的快速发展,数字图像传输的安全性问题显得越发 突出。为此,提出了一种基于超混沌的明文关联图像加密算法,利用动力学更为复杂的超混沌 系统作为混沌序列发生器扩大了密钥空间,采用扩散–置乱–扩散的加密框架对图像进行 3 阶段 处理。其中深度扩散使用了更少的迭代次数,提高了效率,置乱算法通过扰乱图像中像素点的 位置实现消除原图像中相邻像素点间的相关性。实验对密钥空间大小、算法效率、防明文攻击 能力进行了分析和对比,仿真结果表明,该算法不仅具有更大的密钥空间,较高的运行效率, 而且明文敏感性强,能够有效抵抗差分攻击,有很大的安全通信应用潜力。      

自编码和超混沌映射相结合的图像加密算法

为了提高图像加密结果的安全性,提出一种自编码、混沌和超混沌相结合的图像加密算法.该算法利用主控密钥确定改进的离散Henon映射参数,并经多次迭代产生图像大小的中间密钥矩阵;对其自归回编码和Logistic混沌映射扰动产生随机序列;与二维离散超混沌映射产生的随机序列经改进的三维Lorenz可逆映射相融合形成复合密钥序列;对图像像素采用一种新的二维可逆积运算操作实现正反向扩散加密产生密文图像.实验结果表明,文中算法具有良好的加密性能,能明显地抵抗差分和选择明文等攻击.     

一种基于自适应参数的图像加密算法

现有的图像加密算法对选择明文攻击安全性较低。针对该问题,提出一种基于自适应参数的图像加密算法,对图像重心公式进行改进,将计算所得的重心坐标作为自适应参数,协同用户密钥输入四维超混沌系统产生混沌序列,进行图像加密,通过可逆数字水印技术将自适应参数保存到加密图像中。实验结果证明,该算法密钥管理方便,能够抵抗选择明文等攻击。     

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.     

一种超混沌图像加密方案的安全性分析

该文针对一种超混沌图像加密算法进行选择明文攻击,结果表明该算法中间密钥序列与明文图像不存在关联,所采用的加密公式可进行反推运算,并且待加密像素仅仅采用异或的加密方式,导致中间密钥序列可被破解,进而可对密文信息进行恢复.     

一种基于超混沌系统的双图关联加密算法

针对现存混沌图像加密算法中存在系统安全性不高、无法抵御明文攻击、加密图像相互独立、效率低等问题,提出了一种基于超混沌系统的双图关联加密算法。首先根据明文图像,由超混沌系统产生与之相关的混沌随机矩阵,对明文图像进行深度扩散;选取其中一幅图像进行明文关联的置乱操作与快速比特扩散生成密文◢c▼1▽;之后对剩余图像进行自适应关联比特操作生成密文c▼2▽,完成双图关联的图像加密。实验结果与仿真分析表明,该算法不仅具有更高的效率与更强的抗明文攻击能力,而且仅由一幅密◣文不能得到与之相应的明文图像,安全性更高,具有良好的应用场景。     

超混沌系统和AES结合的图像加密算法

针对传统AES（高级加密标准）加密算法存在密钥空间小、固定不变等缺点,提出了一个新的超混沌系统和AES结合的图像加密算法。该算法首先利用超混沌Qi系统产生超混沌序列,截取混沌序列作为AES加密算法的目标密钥,且截取过程中引入了明文图像像素的平均值作为参数,以适应明文图像的变化。然后,将目标密钥代入AES加密算法进行两轮循环加密,且每轮加密过程中的S盒和轮密钥由混沌序列产生,增强了密钥的随机性。仿真实验结果表明,该算法能够很好地结合两者的优点,达到很好的加密效果。     

基于低密度奇偶校验编码和混沌系统的图像加密

为提高图像传输的安全性和可靠性,提出一种结合LDPC编码和混沌系统的图像加密方法。首先,通过奇偶校验码将像素值扩展为10比特,并计算标准差作为混沌映射初值;其次,使用Arnold变换置乱像素位置,并利用Henon映射扩散像素值;最后,从10比特像素值中分离高2比特经LDPC编码实现无差错传输,而其余8比特则为加密结果。实验结果表明,所提方法对密钥及明文敏感性强,具有良好的雪崩效应,能有效抵抗明文和差分等攻击,同时其加密结果具有较强的抗剪切和抗噪声攻击能力。     

对一种基于比特置乱的超混沌图像加密算法的选择明文攻击

最近,一种基于比特置乱的超混沌图像加密算法被提出,其核心思想为:首先,用混沌序列对明文图像进行像素置乱操作;然后,根据一个随机序列中相邻两个元素的大小关系对像素进行不同的比特位置乱;最后,把经过比特置乱后的序列与另一个混沌序列进行扩散、混淆运算得到最终的密文图像,从而使明文图像达到更好的加密效果。对该加密算法进行了安全性分析,发现该算法的安全性完全依赖于3个混沌序列,通过选择明文攻击依次破解出原算法中的3个混沌随机序列,恢复出了明文图像。理论分析和实验结果验证了所选择明文攻击策略的可行性,同时对该算法进行了改进,在改进算法中混沌系统的初始值与明文图像的SHA-256哈希值有关,从而使得密钥流与明文图像相关,因此算法可以抵抗选择明文的攻击。     

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。