基于多项式同余类C的RFID安全协议的研究与设计

针对RFID系统存在的安全隐患,提出基于多项式同余类的RFID安全协议。在伽罗瓦域基础上构建多项式同余类代数系统,在选定素数p和不可化约多项式情况下已知加密多项式求解密钥是容易实现的,而其逆过程是困难的。通信过程中阅读器生成伪随机数,密钥通过加密多项式传递给标签。对协议在RFID系统上的认证过程进行了详细描述。该协议使用对称密钥加密机制,采用一次一密分组加密方法,具有高安全性。     

RS译码优化及卫星通信CCSDS下RS译码仿真

针对里德所罗门（RS）译码的关键步骤错误值求解不灵活的问题提出一种更加通用的求解算法。该算法融入多种本原元运算,使得对不同参数都普遍适用; 针对该算法在求解错误值多项式时计算量过大,根据伽罗华域的特征提出了一种优化方法,从而省去一半运算以及节省存储资源;针对RS译码另一个步骤求解错误位置多项式时迭代复杂度过高的问题,经过对补偿差值的详细分析,给出了一种快速搜索迭代次数的算法,且迭代复杂度由◢O（n◣2△）下降了一个数量级到◢O（n◣）。以卫星通信中的国际空间数据系统咨询委员会（CCSDS）标准下◢RS◣（255,223）为具体研究对象,结合优化后的译码算法进行了数据仿真分析和误比特率测试。实验结果表明,采用改进的求错误值算法和优化的迭代次数搜索算法,可以有效快速解码。     

基于密文转换的高效通用同态加密框架

针对不同应用算法的具体特点设计与之匹配的同态加密方案是设计高效的具有隐私保护功能算法的关键途径。文章首先针对深度学习预测中多项式运算只需要密文-密文加法和常数-密文乘法的特点，以多项式向量空间为明文空间，设计了一个基于系数编码的RLWE同态加密方案；然后基于该方案构造了一个同时支持多项式运算和非多项式运算的通用同态加密框架，该框架可以在RLWE密文上进行多项式运算，从RLWE密文中提取出LWE密文，通过查表方法进行非多项式运算；最后利用密文转换方法将LWE密文重新打包成RLWE密文，方便后续进行多项式运算。实验结果表明，相比于通用同态加密框架PEGASUS，文章所提框架的RLWE密文消息容量提高了1倍，并且多项式运算效率也提高了1倍。而在非多项式运算中，文章所提框架不需要转换密文中消息的编码方式，重新打包过程只需要自同构运算，因此，该框架具有更高的通信效率和运算效率。     

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。     

基于同态加密系统的图像鲁棒可逆水印算法

同态加密技术可用于保护数据隐私并允许对密文数据进行算术操作,在云计算安全上有着很好的应用前景.针对云计算中的隐私保护和数据安全等问题,本文提出了一种基于同态加密系统的图像鲁棒可逆水印算法,主要思想为：1）对原始图像进行分块和利用Paillier加密系统进行加密得到密文图像;2）在加密域中,通过模乘法逆元MMI （Modular Multiple Inverse）方法和查询相应的密文映射表得到每个密文分块的统计量,然后利用同态特性对统计量进行直方图平移来嵌入水印信息;3）在接收方,可从含水印的密文图像的统计量直方图中完整提取水印,并可通过对统计量进行与嵌入过程相反的直方图平移操作来恢复原始密文图像;4）含水印的密文图像在直接解密后可从其统计量直方图中完整提取水印信息和恢复原始图像;5）解密后的含水印图像在受到一定程度的攻击后（如JPEG/JPEG2000压缩和叠加高斯噪声等）,水印仍能正确提取.该算法实现了在不对原始图像进行预处理的情况下可直接在加密后的密文图像中嵌入水印,并可分别在加密域或明文域提取水印和恢复原始密文图像或原始明文图像,而且嵌入的水印对常见的图像处理操作具有一定的鲁棒性.实验仿真结果验证了本文算法的有效性.     

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。     

基于素数幂次阶分圆多项式环的多密钥全同态方案

传统的全同态加密方案允许对单个用户的密文进行任意计算,计算结果解密后能够得到与明文计算相一致的结果。多密钥全同态加密方案允许云服务器对多个用户的密文进行任意计算,更适用云计算的应用场景。基于公钥加密方案NTRU的多密钥全同态加密方案被称为NTRU型多密钥全同态加密方案,具有密钥和密文尺寸短、运算速度快和潜在的抗量子攻击等特性。但是,现有的NTRU型多密钥全同态加密方案存在可选的环结构少、使用的环结构容易受到子域攻击等问题。文章以NTRU型多密钥全同态加密方案LTV12为研究对象,将该方案中的2的幂次阶分圆多项式环替换为素数幂次阶分圆多项式环,密钥生成算法采用正则嵌入下的高斯分布,优化了LTV12方案,增加了可选环结构的数量,并使其免受子域攻击的危害,对其实用性和安全性具有推动意义。     

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。     

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。     

针对超混沌系统图像加密算法的选择明文攻击

超混沌系统图像加密算法HYPER_HIE由于采用初等变换和异或运算作为加密措施,因此很难抵抗各种攻击。针对该算法的3个步骤,即密钥生成、像素置乱、图像扩散与混乱,选择全零矩阵、行相同矩阵和列相同矩阵这3种明文矩阵,在未知加密密钥的前提下对该算法进行选择明文攻击。通过一个实例表明,该攻击方法仅以很小的计算代价破译了密文。     

数据库敏感信息可变保序加密安全算法研究

网络环境日趋复杂给数据库的安全访问提出了严峻挑战,针对敏感数据日益增长的数据库信息,提出了敏感信息可变保序加密安全算法.在保序加密模型分析的基础上,为避免明文顺序相同造成加密效果不佳的问题,引入随机发生函数构建密钥,使明文域与任意数共同影响密钥,并通过对明文域采取等分处理降低密文域大小,从而完成对存人数据库的明文域信息加密.对数据库敏感信息引入量子计算进行二次加密,利用自旋态和模糊态生成密钥,以及加密子空间矩阵.解密时根据密钥特征,结合加密过程中的模糊状态计算出加密传函和传递密钥.通过对Mysql数据库表的实验测试,加密时间、插入时间,以及查询时间均得到显著优化,表明方法具有良好的存储访问效率;方法的抗攻击度明显提升,敏感信息披露率显著降低,表明方法有效提升了数据库以及敏感信息的安全性.     

基于稀疏矩阵的Arnold数字图像加密算法

针对原有Arnold数字图像加密算法中常见的密钥空间不足的问题,提出了一种基于稀疏矩阵的Arnold数字图像加密算法--SMA;同时为了进一步提高该基于稀疏矩阵的Arnold数字图像加密算法的安全性,利用图像分层及三层加密结构的思想来加以改进,提出了安全性提升算法--3SMA(3 round SMA)。SMA算法的加密流程首先利用Arnold变换将明文图片扩散到一个较大的稀疏矩阵中,再去除稀疏矩阵中的无效元素得到密文;解密时输入密文图片,依照预先计算好的对换表将密文中的像素调整回原来的位置得到明文。3SMA算法使用三个不同的轮密钥,每一轮都处理明文图像中的两个颜色分量以达到加密的目的。实验表明,与已有的Arnold数字图像加密算法进行对比时,SMA与3SMA算法具有更高的安全性。     

基于NTRU的多密钥同态加密方案解密结构

为了进一步提升NTRU型多密钥全同态加密（MKFHE）方案的安全性和效率,基于素数幂次分圆多项式环,研究了NTRU型多密钥同态加密的原始解密结构特点,并提出了两种多密钥同态解密结构改进优化方法。首先通过降低多项式系数,设计了“Regev-Style”多密钥解密结构;其次通过扩展密文维度,设计了“Ciphertext-Expansion”多密钥解密结构。通过与NTRU型多密钥同态加密方案的原始解密结构进行对比分析,结果表明“Regev-Style”多密钥解密结构降低了产生噪声的量级,用于NTRU型多密钥全同态加密方案设计时能减少密钥交换次数和模交换次数;“Ciphertext-Expansion”多密钥解密结构消除了密钥交换过程,降低了产生噪声的量级,且能更有效地处理重复用户的密文乘积。改进优化的多密钥解密结构的安全性均基于素数幂次分圆多项式环上的误差学习（LWE）问题和判定小多项式比（DSPR）假设,这些结构能较好地抵御子域攻击。通过选取合适的参数,它们可用于设计更加安全高效的NTRU型多密钥全同态加密方案。     

联合空域和小波域的图像加密

针对基于混沌理论的混合域图像加密算法存在加密强度较弱的问题,提出一种新的联合空域和小波域的图像加密算法。首先对原始图像进行一级二维离散小波分解,提取低频小波系数;接着使用二维Sine Logistic映射生成混沌序列,利用该混沌序列使用混沌魔方变换置乱低频子带,然后完成图像逆小波变换。对置乱后的图像,首先使用互绕Logistic映射生成混沌序列用于空域加密密钥,然后联合基于伽罗瓦域上元素乘法和异或的变换技术对像素进行加密;同时,引入混沌扰动和加密反馈技术以实现生成一次性运行密钥。理论分析和实验结果表明,新算法具有密钥空间大、抗重构攻击、抗差分攻击、加密效率可行、安全性强等特点。     

基于斜帐篷混沌映射和Arnold变换的图像加密方案

针对单纯使用Arnold变换（猫映射）进行图像加密密钥空间小的问题,基于斜帐篷混沌映射和Arnold变换提出一种新的图像加密算法。算法首先根据明文生成密钥,然后利用斜帐篷混沌映射和Arnold变换对图像进行加密。该算法引入混沌映射大大增加了密钥空间,使密文随机性和抗攻击性更强,确保了加密后的密文更安全。实验表明,该算法可以对图像进行有效加密,可以有效防止针对加密图像的各类攻击。     

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。     

Hopfield神经网络和AES结合的超混沌图像加密算法

针对近几年人工神经网络在图像加密领域的应用进行了研究,提出了一种新的四维Hopfield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。该方法首先定义了四个数和提取一个明文像素值的平均值作为密钥,通过Hopfield神经网络生成的超混沌序列作为AES加密算法的目标密钥;然后,将明文与目标密钥进行异或处理;最后,将目标密钥代入算法进行三重AES加密算法进行加密得到密文。通过仿真实验表明,该算法能够很好地结合两种算法的优点,达到非常好的加密效果。     

基于ElGamal的同态交换加密水印算法

针对多媒体信息安全与版权保护的需求,本文将ElGamal公钥密码体制与Patchwork数字水印算法相结合,提出一种新的同态密文域交换加密水印算法.算法利用ElGamal乘法同态的特性,将明文域嵌入水印的运算映射到密文域中,实现了加密与嵌入水印操作的交换,在水印提取时,既可以在密文域提取水印,也可以解密后提取出水印.实验结果表明,该算法嵌入水印和数据加密的顺序不影响含水印信息密文数据的产生和在密文和明文中水印信息的提取,保证了水印嵌入操作的机密性和多媒体数据在分发管理过程中的安全性,同时,水印算法的综合性能也得到了改善.     

可分离的加密域十六进制可逆信息隐藏

针对当前可逆信息隐藏技术可分离性差、载体恢复失真较大的问题,提出了一种可分离的加密域可逆信息隐藏方案。在R-LWE公钥密码算法加密过程中,通过对加密域冗余区间的重量化与对密文数据的再编码,可在密文冗余中嵌入十六进制数构成的秘密信息。嵌入信息后,使用隐写密钥可以完整提取隐藏信息,使用解密密钥可以无差错恢复出加密前数据,提取过程与解密过程可分离。理论推导出了影响信息提取与直接解密正确性的相关参数,通过仿真实验得出了参数的可取值区间,实验结果表明本方案在实现加密域的可分离可逆信息隐藏的基础上充分保证了嵌入后的明文解密的可逆性,而且1比特明文在密文域最大可负载4比特秘密信息。     

基于直方图平移的视频密文域大容量可逆信息隐藏

针对视频密文域可逆信息隐藏（RDH）嵌入容量不高的问题,提出一种基于直方图平移的视频密文域大容量可逆信息隐藏方案。首先,利用流密码算法对4×4亮度帧内预测模式和运动矢量差值（MVD）的符号位进行加密,形成视频密文域;其次,构造MVD的二维直方图,设计关于（0,0）对称的直方图平移算法;最后,在MVD密文域中进行直方图平移,实现可分离的视频密文域可逆信息隐藏。实验结果表明,与对比方案相比,所提方案的嵌入容量平均提升263.3%,加密视频的平均峰值信噪比（PSNR）最高不超过15.956 dB,含密的解密视频的平均PSNR均能达到30 dB以上。所提方案可以有效提升嵌入容量,适用于更多类型的视频序列。