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。     

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。     

基于矩阵四向扩散的超混沌图像加密算法

目前高强度的超混沌图像加密方法普遍在一维序列上实现扩散过程,但较慢的加密速度导致其实用价值不高。基于此,本文提出一种基于矩阵四向扩散的超混沌图像加密算法。首先,量化重构超混沌系统迭代产生的原始序列,生成与明文图像尺寸相同的密钥矩阵;然后,由低维混沌系统生成扩散过程所需的初始向量;最后,在图像矩阵上以行向量、列向量为计算单元,依次从上下左右4个方向完成像素信息的全局扩散。仿真实验结果表明,本文算法能够抵御选择明文、差分分析等攻击手段,同时算法时间复杂度仅为线性阶,兼具安全性能和运行效率,在图像实时保密通信领域具有较好的效果。     

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.     

对“一种超混沌图像加密算法的安全性分析及其改进”的选择明文攻击

针对一种改进的超混沌图像加密算法进行攻击.该算法利用超混沌系统对像素矩阵的初等变换实现像素置乱,并将像素置乱后的矩阵与超混沌系统的不同组合进行异或运算实现图像扩散.由于该算法采用易被攻击的矩阵初等变换和异或运算的加密措施,使其很难抵抗各种攻击.选择三个各具特点的明文矩阵,在未知加密密钥的前提下对该算法进行选择明文攻击.仿真结果表明对该算法实现了选择明文攻击.     

对一维复合混沌图像加密算法的安全分析和改进

最近,Park 等人提出了一种基于一维复合混沌的图像加密算法,该算法的核心思想为：用混沌序列对明文图像进行像素置乱操作;利用混沌序列和密文反馈机制对置乱后的明文序列进行扩散操作;把扩散后的密文序列向左循环移位以得到最终的密文。对该加密算法进行了安全性分析,发现了该算法的两个等效密钥流,从而使得循坏移位操作成为无效操作。通过选择明文攻击依次破解出算法中的两个等效密钥流,恢复出了明文图像。理论分析和实验结果验证了选择明文攻击策略的可行性;此外提出了一种改进算法,克服了原有算法的缺陷。改进后的方案不仅能保持原算法的优点,还能抵抗选择明文的攻击。     

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。     

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。     

扩散映射置乱与超混沌系统组合图像加密算法

提出一个基于扩散与位平面Arnold映射相结合的彩色图像置乱,以及采用Chen系统产生的混沌序列加密的图像加密算法。先由Logistic系统构造的二维非线性动力系统产生的混沌序列形成扩散矩阵和Arnold映射矩阵,然后在基色上对彩色图像进行扩散，并在不同的位平面对彩色图像进行置乱，最后用Chen系统产生的混沌序列对置乱后的图像进行加密。该算法实现简单，能够抵御多种攻击，且容易用硬件实现。     

Color image encryption scheme based on the combination of the fisher-yates scrambling algorithm and chaos theory

In order to obtain a more secure and effective image encryption scheme, a color image encryption scheme based on Fisher-Yates scrambling algorithm and chaos theory is proposed. First, the (secure hash algorithm) SHA-384 is used to generate the key by combining the plaintext image and the encrypted time point. Then, three groups of chaotic sequences are obtained by iterating the three-dimensional Chen chaotic system, and three groups of pseudo-random sequences are obtained by processing with the key. The first group of pseudo-random sequences combined with the Fisher’s algorithm for image pixel position scrambling. A new pixel value substitution method is proposed using the second group of sequences to control each pixel value substitution of the image. The last group generated the matrix after pixel substitution was used for diffusion transformation to obtain the final encrypted image. The test results show that the scheme has broad application prospects.

     

结合混沌和遍历矩阵的彩色图像密码

提出了一种基于混沌和遍历矩阵的彩色图像密码算法。首先,利用离散混沌映射生成整数遍历矩阵,利用遍历矩阵在空域分别实现彩色图像三基色置乱。然后,结合像素扩散操作和三维混沌序列分别对彩色图像三基色通道实施两轮逐像素加密。从统计特性、密钥敏感性、差分分析和密钥空间等诸方面对算法的安全性进行了分析。各种分析结果表明,该算法具有良好的像素值混淆、扩散和统计分布特性;密钥空间大而足以抵抗强力攻击;表明所提出的方案具有良好的实用性。     

像素位置与像素值双重置换的混沌加密算法

提出了一种数字图像像素位置与像素值双重置换的混沌加密算法,对常用的基于混沌的数字图像加密技术进行了改进,利用Logistic混沌映射对数字图像像素位置进行置换加密,然后再次利用Logistic混沌映射对数字图像像素值进行置乱,从而达到对像素位置和像素值双重加密的效果。仿真实验表明：其加密效果优于利用Logistic混沌序列对数字图像像素点置乱的加密技术。     

一种基于复合混沌序列的图像加密方法

针对低维度混沌系统的密钥空间小、加密系统安全性较低的不足。提出一种由sine混沌改变均匀分布logistic混沌排列次序形成复合混沌序列的图像加密方法。首先,产生服从均匀分布的logistic混沌序列,用sine混沌序列重排该序列整数化后的重复部分,以此无重复数值的复合混沌序列进行像素位置置乱;之后,由于仅进行位置置乱不能改变图像的灰度统计直方图特征,用sine混沌重排整个logistic混沌序列形成复合混沌序列,以此进行像素扩散完成图像加密。对方法安全性从密钥空间、密钥敏感性、差分分析、统计直方图、相邻像素相关性、信息熵方面进行了测量。实验结果表明该方法密钥空间大、敏感性高,能有效地抵抗穷举分析、差分分析和统计分析。     

基于改进遍历矩阵和像素值扩散的通用图像加密算法

为了提高遍历矩阵的随机性和安全性,实现对图像信息的有效保护,提出了遍历矩阵构造的新方法,并结合像素值扩散设计了一种有效的图像加密算法。首先,利用混沌序列构造出完全不依赖载体图像灰度值的整数遍历矩阵,并利用此矩阵在图像空域进行迭代置乱,改进了传统遍历仅按特定路线扫描的局限性,以及对遍历周期和次数的过分依赖性;接着采用一个均匀分布的新混沌数列实现像素值扩散,改变了图像的统计特性,并使混沌映射不可逆;最后,构造出符合密码使用习惯的密钥生成系统,形成相对完整的加密体系,实现了图像加密。从统计特性、密钥空间、像素相关性、密钥敏感性、差分分析等多方面对算法的安全性进行了分析,结果表明,算法密钥空间大,抗攻击能力强,安全性高,实用性强。     

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。     

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。     

改进混沌方程及压缩感知理论图像加密算法

针对传统Logistic混沌系统混沌性能低,生成伪随机序列随机性较差等问题,本文提出一种新的改进Logistic混沌方程,并与Lorenz超混沌系统、压缩感知理论相结合构建一个多混沌图像压缩加密系统。在加密过程中与传统加密算法相结合,进行置乱、扩散操作最终获得密文图像。通过改进的Logistic混沌方程获得随机性能更好的伪随机序列来构造受控测量矩阵,仿真实验表明通过改进的Logistic混沌方程来构造的受控测量矩阵在压缩率为75%的条件下峰值信噪比达到34.26 dB,与传统Logistic混沌方程相比在同等条件下提高约10 dB,并且该算法有较好的抗差分攻击性能,像素改变率（NPCR）与统一平均变化程度（UACI）接近理论值。故本文提出的加密算法具有较好的压缩性、安全性以及信号重建特性。     

A fast chaos-based image encryption scheme with a novel plain image-related swapping block permutation and block diffusion

In the paper, a fast image encryption scheme with block permutation and block diffusion is introduced. Considering the increasing size of the image, encryption process is manipulated by block, and the encryption of every block image consists of block permutation and block diffusion. A novel plain image-related swapping block permutation strategy is presented, the swapping operation of the block image is controlled by the random chaotic sequences, and the initial value and parameter of the chaotic system are produced by SHA 256 hash value of the plain image, thus our algorithm is highly sensitive to changes of the plain image. Diffusion method within the block image (DMWBI) and diffusion method between two block images (DMBTBI) are presented to effectively eliminate the correlation of adjacent pixels in the plain image. The correlated chaos is employed to enhance the relationship of chaos, and take fully use of chaotic maps. One-dimensional Logistic-Sine System (LSS) is used to generate pseudo-random sequences during the whole encryption process. Experiment results and security analysis have proved the proposed image encryption algorithm is secure and effective.     

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。