位级同步置乱扩散和像素级环形扩散图像加密算法

目的 针对基于位平面信息量分布的选择性加密算法安全性不高、像素置换加密算法不能很好抵抗统计攻击问题,提出一种基于位级同步置乱扩散和像素级环形扩散的图像加密算法（BSPDPAD算法）,提高图像加密效率和安全性。方法 BSPDPAD算法首先通过分段线性混沌映射产生两组混沌序列,其中一组混沌序列对图像进行随机分块,另一组混沌序列分解到位平面构成位级密钥流;然后,将各像素块分解到位平面,利用位级密钥流同步置乱扩散高位平面、置乱低位平面,实现位平面上块内置乱扩散及块间扩散;最后,再次迭代分段线性混沌映射产生新的密钥流,利用该密钥流对经过位级加密的中间密文图像进行横向顺序扩散和纵向逆序扩散,完成图像加密。结果 灰度图像及彩色图像上的计算机仿真实验与性能分析表明：BSPDPAD算法密钥空间大于2¹⁰⁰,信息熵接近于8,密文图像直方图趋近于均匀分布;与其他加密算法相比,BSPDPAD算法密文图像相邻像素相关性系数绝对值减小约12数量级,像素变化率和归一化平均强度明显提高,说明BSPDPAD算法在密钥、明文敏感性、抵抗多种攻击能力等性能上优于其他加密算法,且算法扩散效果好,仅一轮加密就能获得较理想的加密效果。结论 将位级选择性加密与像素级环形扩散相结合的BSPDPAD算法可有效抵抗各种攻击,安全性高,适合各种类型的灰度及彩色图像加密,潜在应用价值大。     

基于一个新的五维离散混沌的快速图像加密算法

结合Logistic映射和三维离散Lorenz映射,构造了一个新的五维离散混沌映射。基于该映射,提出了一个只有两轮扩散操作的图像加密算法,在第一轮扩散操作中的密钥流与明文相关,在第二轮扩散操作中的密钥流与第一轮的密文相关,这导致算法中的最终加密密钥与明文相关且密文与明文、密钥之间的关系复杂化。实验结果和安全性分析表明,该算法具有密钥空间大、密文图像统计特性良好、密文对明文和密钥非常敏感、抵抗选择明(密)文的攻击、加密速度快的优点。所提算法在图像保密通信和存储应用中将具有良好的应用前景。     

基于超混沌系统的位级自适应彩色图像加密新算法

提出一种采用超混沌系统的自适应彩色图像加密算法,在位级进行加密。首先利用陈氏超混沌系统产生的混沌序列对原始彩色图像的R、G、B分量图像进行置乱和扩散,采用自适应加密方法,用高四位的二值图像信息去加密低四位,再用加密后的低四位信息去加密高四位;接着将加密后的三基色分量图像横向排列组合联合加密,降低了三基色分量之间的相关性。加密算法使得密文与明文、密钥之间的关系复杂化,部分密钥依赖于明文,使得算法对明文敏感。对密钥空间、密钥敏感性、直方图、相关性、信息熵、明文敏感性进行测试和分析,结果证明了加密算法安全有效,在图像保密通信中具有较大的应用潜力。     

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。     

一种基于外部密钥和密文反馈的混沌密码新算法

提出了一种基于逐段线性混沌系统的图像加密算法。通过对外部密钥的映射,分别产生系统的初值和参数值,根据图像大小经16个逐段线性映射迭代出足够的密钥流,并引入密文反馈机制,对图像像素值逐个进行多轮异或加密。实验表明,这种加密算法使密文对明文和密钥都充分敏感,加密图像像素值具有类随机均匀分布特性。而且算法具有密钥空间大、加密速度快的优越性。     

一种新的基于离散混沌系统和SHA-1的图像加密算法

为了保证图像在传输过程中的可靠性和安全性,提出一种将离散混沌系统和SHA-1相结合的混沌加密算法.先对明文图像进行像素置乱,再对置乱后的像素值进行扩散和混淆,并利用明文控制密钥流的输出,使密钥流和明文相关.理论分析及实验结果表明,该算法简单易行,不仅具有较好的抗统计分析、抗差分攻击能力,而且密钥空间大,加密效果好,算法安全性高.     

一类图像载体与多混沌系统的动态音频加密算法

针对单一混沌系统在加密中有密钥空间小、安全性较低等问题,提出了图像载体与多混沌系统的动态音频加密算法。首先对明文音频进行分块以提升算法运行效率。通过初始密钥与明文音频特征值生成高级密钥,显著增加了密钥空间。设计多种混沌系统相结合的随机数发生器,并通过NIST sp800_22随机性测试来验证其随机性。将明文音频信息转移至特征矩阵P中得到音频图像,最后通过循环余数置乱算法与扩散得到加密音频图像与加密音频。仿真实验与性能测试表明：该加密算法密钥空间大、密钥敏感性强、加密音频能量分布均匀,具有较强的抗攻击性能、鲁棒性以及高效的加密效率。     

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。     

整合ChaCha20哈希运算的分块扩散自适应图像加密算法

目的 针对数字图像网络传输安全性和混沌加密算法自适应差的问题,提出一种基于ChaCha20哈希运算的分块扩散自适应图像加密算法(BDCH)。方法 BDCH算法首先通过分段线性混沌映射(PWLCM)产生的混沌序列填充明文图像,使其成为方形图像;其次,利用初始输入密钥及明文图像总和,通过ChaCha20哈希运算生成8×8的初始哈希矩阵,并与PWLCM混沌映射生成的伪随机序列作用,联合产生哈希密钥矩阵,PWLCM的迭代初值选取为初始密钥矩阵均值、初始密钥及明文图像归一化均值;然后,利用Arnold和PWLCM映射同步置乱扩散整幅图像,并分成互不重叠的8×8大小图像块;最后,采用哈希密钥矩阵对图像块进行两轮扩散,完成图像加密。结果 灰度及彩色图像的计算机仿真与性能分析表明,BDCH算法的信息熵、峰值性噪比、密钥敏感性指标优于其他加密算法,并且解决了直接使用初始哈希矩阵会产生的弱密钥问题,密钥空间大。结论 结合同步置乱扩散和哈希密钥矩阵非线性分块扩散的BDCH算法可有效抵抗各种攻击,安全性高、自适应性强,适合各种类型的灰度及彩色图像加密,潜在应用价值大。     

基于混沌序列的数据加密算法设计与实现

从理论上分析了混沌序列加密方式、密钥流产生方法、密钥空间大小 ;提出了基于 L ogistic混沌序列的数据加密模型 ;通过对混沌序列加密算法的设计 ,提高了运算速度 ;算法分析表明该算法具有很强的抗密钥穷举攻击和抗选择明文攻击的能力 .作者采用微软公司 VS.Net开发工具设计了基于混沌序列的数据加密软件 (Sm artdog) ,该软件适合于任何数据文件的加密 ;并将混沌加密算法与常用加密算法 DES、RSA进行了比较 .     

用于Hadoop平台的混沌加密研究与实现

为解决传统单机模式串行加密方法存在的不足,设计了一种基于Hadoop平台的混沌加密算法的运行方案。该方案运用MapReduce并行框架和混沌加密伪随机数以及初值敏感的原理,提出一种针对MapReduce框架和混沌加密优化的并行混沌加密方案,即用明文长度作为初值,分别对Chen、Lorenz、Rossler三种超混沌系统进行初始迭代,同时提出对明文数据按1 MB进行分块的设计理念,通过根据偏移量,判断每个分块生成长度为1 MB的Chen、Lorenz、Rossler三个密钥序列的方法,达到提升数据密度安全性、减少运行内存占有量等目的。该设计框架中,Chen序列用于明文置乱操作,Lorenz序列用于异或的扩散操作,Rossler序列用于取模的辅助扩散操作。实验证明,针对MapReduce并行框架特性和混沌系统特性的优化算法,在有效减小内存占用量、提高加密速度的同时,明文关联的加密操作达到了有效防御选择明文攻击的目的。     

基于级联混沌系统改进的图像加密算法

针对目前混沌加密数字图像难以抵抗已知/选择明文攻击的主要缺陷,提出了基于级联L-L混沌系统改进的图像加密算法。不同于传统Fridrich置乱和扩散的架构,采用一种新的改进的加密算法架构使置乱-扩散过程相结合,并利用明文MD5值分组异或调制级联混沌系统的参数和初始值,增加算法对明文的敏感性,从而使整个加密算法能有效地抵抗已知/选择明文攻击。实验结果表明：该改进算法有着很好的加密效果和安全性,并在明文敏感性分析方面效果更好,能有效抵抗已知/选择明文攻击。     

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。     

基于改进的CAT置乱与Henon_Kent混沌系统的彩色图像自适应加密算法

为了解决彩色图像加密算法中密钥与明文图像不关联的安全性不足以及CAT映射成立条件的问题,提出一种基于改进的CAT置乱系统与Henon_Kent混沌扩散系统的彩色图像自适应加密算法。该算法首先利用明文图像特征信息生成密钥;然后通过改进的CAT置乱系统对图像进行像素位置的三维置乱,再将Henon_Kent混沌系统所产生的三个混沌序列分别对RGB三个通道的像素灰度值进行扩散;重复以上两个步骤,以密文图像的信息熵大于7.99为结束条件。仿真表明该算法能够抵抗现有的攻击方法,具有较强的加密性能。     

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.     

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。     

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。     

基于高维超混沌系统和矩阵张量积的图像分组加密新算法

目前混沌加密算法主要存在三方面的不足:1)采用低维混沌序列造成混沌退化;2)采用的混沌系统结构过于简单;3)算法只依赖于混沌系统的结构和密钥。针对这些不足,提出一种新的图像分组加密算法。为了克服混沌退化,算法借助矩阵张量积将高维超混沌系统所产生混沌序列和一维混沌序列充分耦合,产生像素扩散矩阵。在此过程中,用明文信息控制扩散矩阵生成,使算法与明文相关,提高了算法的安全强度。