A novel image cipher based on mixed transformed logistic maps

In this paper, a novel secure cryptosystem is proposed for direct encryption of color images, based on transformed logistic maps. The proposed cipher provides good confusion and diffusion properties that ensures extremely high security due to the mixing of colors pixels. The encryption scheme makes use of six odd secret keys and chaotic keys for each operation. The operations include initial permutation of all pixels with six odd keys, nonlinear diffusion using first chaotic key, xoring the second chaotic key with resultant values and zig-zag diffusion with third chaotic key. The proposed scheme supports key sizes ranging from 192 to 400 bits. The security and performance of the proposed image encryption technique have been analysed thoroughly using statistical analysis, key sensitivity analysis, differential analysis, key space analysis, entropy analysis and performance analysis. Results of the various types of analyses are showing that the proposed image encryption technique is more secure and fast and hence suitable for the real-time applications.     

基于分段非线性混沌映射的流密码加密方案

基于分段非线性混沌映射设计了一种流密码加密方案。用Logistic映射的输出作为分段非线性映射的分段参数,以Henon映射输出的混沌序列经运算后得到迭代次数,分段非线性混沌映射的输出与明文相加取模后生成密文。仿真实验和安全性分析表明,该方案的密钥空间大,对明文和密钥敏感,能有效抵抗穷举攻击、差分攻击和统计攻击,且实时性较好。     

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。     

基于交叉分段和并行扩散的混沌图像加密算法

结合Logistic混沌系统,提出一种新的基于交叉分段和并行扩散的混沌图像加密算法（Cross Subsection and Parallel Diffusion,CSPD）。算法将明文交叉分成两段,降低明文段相邻像素点之间的相关性;每段密文之间形成两轮的并行扩散,提高算法对明文图像和密钥的敏感性;采用动态的密钥流生成规则,使得加密所需的密钥流与明文密切相关。实验结果和安全性分析表明：基于交叉分段和并行扩散的混沌图像加密算法具有密钥空间大,统计特性分布均匀,加密系统敏感性高和算法时间复杂度低等特点。     

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。     

A spatiotemporal chaotic image encryption scheme based on self adaptive model and dynamic keystream fetching technique

This paper proposes a block chaotic image encryption algorithm based on self-adaptive and dynamic key stream fetching technique (DKSFT) which makes use of a non-adjacent spatiotemporal chaotic system coupled with Tent-Sine system (NASC-TSS) for the chaotic orbit generation. The chaotic dynamics of NASC-TSS has incredible cryptographic properties contrasted with the existing 1D chaotic map. Firstly, a bit-level permutation strategy based on circular-shift operation is suggested which focuses to lessen the implications propelled by the classical permutation architectures. Finally, in the block based diffusion phase, a control parameter is designed to update the initial condition of the employed chaotic system. Subsequently, a unique keystream is generated for various plain-image processing which in turn elevates the complexity of breaking the proposed algorithm under known attacks. Furthermore, the pixel handling in both the permutation and the diffusion stages are done with DKSFT in which the keystream selection corresponds to the pixel position of the permutated-image. The adopted strategies such as self adaptive model and DKSFT can keep up the characteristics of the keystream fluctuating and dodge different sorts of attacks, undoubtedly the known-plaintext and chosen plaintext attacks. The investigation outcomes against a series of rigorous security analysis shows that the strong execution of the proposed cryptosystem against various attacks. These highlight an appealing security level with just a single round of encryption operation, making the algorithm impeccably appropriate for some unique interactive media applications.     

RGB color image encryption based on Choquet fuzzy integral

In recent years, one can see an increasing interest in the security of digital images. This research presents a new RGB color image encryption using keystream generator based on Choquet fuzzy integral (CFI). The properties of the dynamical keystream generator with mathematical analysis are presented in this work. In the proposed method, the CFI is first used to generate pseudo-random keystreams. Then, each of the color pixels is decomposed into three gray-level components. The output of the CFI is used to randomly shift the bits of three gray-level components. Finally, three components of RGB color pixels and the generated keystream are coupled to encrypt the permuted components. Performance aspects of the proposed algorithm such as the entropy analysis, differential analysis, statistical analysis, cipher random analysis, and cipher sensitivity analysis are introduced to evaluate the security of the new scheme. The experimental results reveal the fact that the proposed algorithm is suitable for practical use in protecting the security of digital image information distributed via the Internet.     

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.     

Security analysis of a new stream cipher

From 1st February of 2004, Europe launches the ECRYPT project, which collects lots of stream ciphers from all over the world. These new stream ciphers are unlike the tradi- tional stream ciphers that use LFSRs as basic building blocks; instead they use mo…     

基于混沌Gyrator变换与压缩感知的光学图像加密算法

为了增强光学加密技术的安全性与降低密文的数据容量,本文提出了基于混沌Gyrator变换与压缩感知的光学图像加密算法。首先,引入Logistic映射,利用明文特性 来生成其初值,利用其输出的混沌序列来生成压缩感知的测量矩阵;随后,基于压缩感知理论,对明文进行预处理,获取中间密文;利用logistic映射的随机序列来计算Gyrator变换的旋转角度,联合随机相位掩码,利用Gyrator变换方法对中间密文完成光学调制,得到最终密文。实验结果显示：与当前光学加密技术相比,所提算法具有更高的安全性与抗明文攻击能力。     

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。     

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。     

参数可变的离散混沌加密系统 *

提出一种参数动态可变的离散混沌加密算法 ,该算法使用线性同余随机数发生器产生混沌映射的系统参数和迭代次数对应子密钥使用顺序 ,同时通过输出反馈方式动态改变混沌映射初值、迭代次数以及线性同余随机数发生器参数 ,输出与明文相加取模后生成密文。实验结果和安全性分析表明 ,该算法密钥空间大 ,对明文和密钥敏感 ,能有效抵抗选择明文等穷举攻击和统计分析攻击。     

基于复合离散混沌动力系统的序列密码算法

利用复合离散混沌系统的特性,提出了两个基于复合离散混沌系统的序列密码算法.算法的加密和解密过程都是同一个复合离散混沌系统的迭代过程,取迭代的初始状态作为密钥,以明文序列作为复合系统的复合序列,它决定了迭代过程中迭代函数的选择(或明文与密钥),然后将迭代轨迹粗粒化后作为密文.由于迭代对初始条件的敏感性和迭代函数选择的随机性,密钥、明文与密文之间形成了复杂而敏感的非线性关系,而且密文和明文的相关度也很小,从而可以有效地防止密文对密钥和明文信息的泄露.复合离散混沌系统均匀的不变分布还使密文具有很好的随机特性.经分析表明,系统具有很高的安全性.     

基于多分数阶混沌系统的彩色图像加密算法

为了实现对彩色图像信息的有效保护,提出一种像素置乱及密文交错扩散技术相结合的加密算法。首先对3个分数阶混沌系统产生的混沌序列进行优化改进,得到两组不同的性能优良的混沌密钥序列,并将RGB彩色图像转换为由基色分量组成的灰度图像;然后,利用一组改进的混沌密钥序列对该灰度图像的像素位置进行置乱;最后,利用另一组改进的混沌密钥序列对置乱图像进行2轮基色分量之间的密文交错扩散操作,得到加密图像。仿真实验表明,该算法具有足够大的密钥空间,高度的密钥敏感性,较好的像素分布特性,且在抵抗唯密文攻击、差分攻击、选择明文攻击及统计攻击方面都具有良好的性能,可以广泛地应用于多媒体数据的保密通信中。     

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。     

Breaking a novel image encryption scheme based on an improper fractional order chaotic system

In this paper, we analyze the security of a recent image encryption algorithm based on an improper fractional-order chaotic system suggested by Zhao et al. The fatal flaw in the cryptosystem is that the keystream generated depends on neither the plain-image nor the cipher-image. Another main issue with this algorithm is using the same key (the last key in the keystream) in all encryption equations. Based on these points, it is easy to recover the plain-image and the keystream by applying chosen plaintext attack in only one plain-image. Both mathematical analysis and experimental results confirm the feasibility of this attack. As a result, the cryptosystem under study is not suitable for cryptography.     

基于混沌动态随机分组与调制分数阶FFT旋转因子的图像加密

针对分数阶傅里叶变换(FRFT)图像加密中,由于FRFT旋转因子单一性和分组单一性而引起的安全性问题,提出一种新的加密方法——混沌动态随机分组与随机调制FRFT旋转因子。该方法采用3个混沌子系统:用子系统1(密钥)对明文进行无损预加密,得到(一次)密文;然后,用子系统2对FRFT进行动态分组;用子系统3对FRFT旋转因子进行随机调制。接着,用经动态分组、随机调制旋转因子后的FRFT对(一次)密文进行二次加密。相邻像素相关性、像素改变率等测试结果表明,该算法对统计攻击和差分攻击具有较强的抵御能力;实时性、还原性测试表明,一次加密中,采用无损方式与有损相比,其解密用时减少了52.5%,解密后明文相似度提高了4.5%,由此,免除了去噪处理,降低了系统开销。安全性测试表明, 与单纯调制旋转因子方法相比,随机分组与调制旋转因子方法的信息熵提高了1.7%,抵御穷举法攻击的能力提高了10³⁶³⁵倍。由此表明,该方法在实时性、还原性、安全性等方面,均优于混沌密钥单纯调制FRFT旋转因子算法。     

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。     

针对基于感知器模型的混沌图像加密算法的选择明文攻击

对一种基于感知器模型的混沌图像加密算法进行了安全性分析,发现该算法的本质就是根据等效密钥流来改变明文图像像素值的比特位,从而得到密文图像。而等效密钥流与明文图像和对应的密文图像没有任何关系,因此运用选择明文攻击的方法破解出了算法中的等效密钥流,解密出了目标明文图像;同时指出了原算法存在的另外两个安全缺陷;最后对原算法进行了改进,弥补了其缺陷。理论分析和实验结果均证实了所提出的选择明文攻击策略的可行性以及改进算法的有效性。