一种新的基于混沌映射的分组密码算法研究

通过引入二进制分数及其相关运算,提出一种新的基于混沌映射的分组密码算法.该密码算法主要由三个部分组成,即基于Tent混沌映射的扩散过程和混淆过程以及基于分段线性混沌映射的密钥生成过程.分析表明,该算法具有较大的密钥空间,并在密文随机性测试、明文与密文的相关性测试、明文敏感性测试和密文敏感性测试中具有良好的表现,同时,由于将浮点运算转换成整数运算,其效率将高于其他基于混沌系统的密码算法.     

一种基于分段线性映射的分组密码算法

提出了一种新的基于混沌理论的分组密码算法,把128比特的明文加密为128比特的密文.整个加密过程包含了8个轮变换,每一个轮变换由替换变换、移位变换和置换变换3部分组成.所有的轮密钥都由128位的比特流K和由分段线性映射产生的128比特随机二进制序列导出.理论与实验分析表明该算法克服了一些纯混沌密码系统的固有缺陷,具有较高的性能.     

基于抗退化混沌系统的动态S盒设计与分析

S盒是分组密码算法中的关键部件之一,其混淆和置乱作用决定着整个密码算法的安全强度。为使基于混沌系统生成的S盒具有更好的密码学性能,提出了一种基于抗退化混沌系统的动态S盒设计方案。首先,使用Lorenz混沌映射扰动Chebyshev混沌映射;然后,使用截取位数法和划分区间法生成两种初始S盒;最后,使用索引排序扰乱法得到最终S盒。所提抗退化混沌系统生成的混沌序列不存在短周期现象,具有遍历性、不可预测性等特点;运用于S盒的设计中能极大提升S盒的安全性能,消除混沌生成源的安全隐患;并且,通过对系统参数的调控可批量地生成动态S盒。对S盒的安全性能,即非线性度、差分均匀性、严格雪崩准则、输出比特间独立性和双射特性进行了测试和对比,实验结果表明,所提方案生成的S盒具有更好的密码学性能,可用于分组密码算法的设计中。     

一种基于Hénon映射和Feistel结构的分组密码算法研究

混沌序列具有对初值和系统参数敏感等特点,因此非常适合应用于信息加密.本文在详细分析Hénon映射的混沌和密码学特性的基础上,提出一种基于Feistel结构和Hénon映射混沌分组密码算法,该算法最大的优点加密的轮次和子密钥的构造是基于混沌系统动态更新的,通过子密钥的动态生成,密码系统的随机性、复杂性得到了极大的提高.同时理论和实验表明,该算法具有较高的安全性,能够抵抗差分和线性密码分析.     

对DLWX混沌密码算法的分割攻击

分析基于混沌的视频加密算法的安全性,该算法是由混沌映射构造的移位密码,给出对该移位密码的攻击方法并且恢复出混沌映射产生的量化序列。混沌映射产生的量化序列具有前几个量化值对混沌初始值的低位比特变化不够敏感的性质,提出由量化序列恢复混沌初始值的分割攻击方法。在密钥长度为56bit并且参数k=4和r=4的条件下,分割攻击算法的成功率为0．9171,计算复杂性约为2^28,存储复杂性约为2^20。     

基于混沌映射的伪随机序列发生器

提出了一种基于线性分段混沌映射(PWLCM)的收缩式伪随机序列发生器.针对分段线性混沌映射“逐段线性”的缺点,提出一种新的混沌轨迹比特位提取算法.该算法使用具有最长周期的线性移位寄存器(m-LFSR)所产生的序列来控制混沌轨道比特位的提取,从而有效避免混沌轨道泄露造成的安全性问题.分析表明,该发生器具有良好的密码学特性.     

多变量分支混沌签名体制

针对量子计算机对现有密码算法的威胁,结合多变量公钥体制和混沌系统,提出一种能抵抗量子算法的分支密码体制。体制的中心映射有两个分支,分支一使用传统多变量公钥密码体制,分支二使用混沌密码体制,将两分支的输出结果相加,最后通过仿射变换将中心映射进行隐藏。利用分支结构提高计算效率,利用混沌系统克服传统多变量公钥密码体制的缺点以增强安全性,适用于各类设备进行签名运算。     

一种用于图像加解密的高效混沌反馈流密码设计

基于混沌的密码算法为发展安全图像加密技术提供了一些新的有效途径。针对这研究问题，本文提出了一种基于混沌的反馈流密码，用于图像密码系统。该方法基于混沌逻辑映射和256位的外部密钥，其机制将密码引入循环行为，使得每个明文像素的加密依赖于密钥、前一个密码像素的值和Logistic映射的输出。文中通过密钥空间分析、统计分析和密钥敏感性测试等大量实验来验证基于混沌反馈流密码算法的有效性，其结果表明本文所提出的基于混沌反馈流密码能够为实时图像加密和传输提供了一种安全高效性的方法。     

比特置换运算单元的设计与实现

比特置换操作在对称密码算法中使用频率非常高,但传统处理器对比特置换操作并不直接支持.为此,美国普林斯顿大学的Ruby B. Lee提出比特置换指令,并证明了比特置换指令对提高通用处理器上实现的密码算法的性能有明显作用[10].本文重点研究比特置换指令的实现技术,提出一种比特置换运算单元的实现算法,并在FPGA上进行验证.     

一种基于Henon映射和Feistel结构的分组密码算法研究

混沌序列具有对初值和系统参数敏感等特点,因此非常适合应用于信息加密。本文在详细分析Henon映射的混沌和密码学特性的基础上,提出一种基于Feistel结构和Henon映射混沌分组密码算法,该算法最大的优点加密的轮次和子密钥的构造是基于混沌系统动态更新的,通过子密钥的动态生成,密码系统的随机性、复杂性得到了极大的提高。同时理论和实验表明,该算法具有较高的安全性,能够抵抗差分和线性密码分析。     

基于混沌映射的分块循环DNA图像加密算法

数字图像具有数据量大、冗余度高、像素间关联性强等特点,打破数据间关联性及提高敏感性是保护图像信息的关键。针对如何快速有效打破图像像素间强关联性、提高图像数据敏感性等问题,提出基于logistic混沌映射的分块循环DNA图像加密算法。算法采用二次置乱、一次扩散结构,首先通过zigzag变换置乱明文图像,打破明文像素间的强关联性;其次将伪随机序列生成器产生的密钥作为混沌参数进行混沌映射,生成动态DNA编/解码、运算规则,对置乱的明文图像进行DNA编码形成初始密文;然后利用DNA运算规则,对初始密文进行分块循环DNA运算,完成密文扩散,并对DNA碱基进行统计和归一化作为二次混沌密钥;最后采用二次混沌映射生成动态步长规则,对密文进行变步长约瑟夫置乱,利用DNA解码规则形成最终密文图像。实验结果表明,密文图像像素分布均匀、像素间关联性弱、密钥敏感性强、密钥空间足够大,能够有效抵御信息分析、暴力、噪声、剪切等常见攻击,具有较高的安全性。     

An Efficient Block Encryption Cipher Based on Chaotic Maps for Secure Multimedia Applications

ABSTRACT

This paper presents an efficient chaotic-based block encryption cipher (CBBEC), which is a symmetric encryption algorithm designed with the potential of increasing security and improving performance. It is a hybrid mixture from chaos theory and cryptography. Its salient features include the use of eight working registers providing capability to handle 256-bits plaintext/ciphertext block sizes, employing a chaotic logistic map in key scheduling to generate session key used in encryption/decryption, the essential heavy use of data-dependent rotations and the inclusion of integer multiplication as an additional primitive operation. The use of multiplication with eight working registers greatly increases the diffusion achieved per round, allowing for greater security, fewer rounds and increased throughput. Comparative performance evaluation of the proposed chaotic-based block encryption cipher CBBEC with Rijndael, RC6 and RC5 is addressed. Experimental results show that the proposed CBBEC is a fast block cipher, showing its great potential in real-time encryption applications.     

对MIBS算法的Integral攻击

MIBS是M.Izadi等人在2009开发研制的轻量级分组密码算法,它广泛用于电子标签和传感器网络等环境.本文给出了对MIBS算法Integral攻击的4.5轮区分器,利用该区分器对MIBS算法进行了8轮和9轮的Integral攻击,并利用密钥编排算法中轮密钥之间的关系,结合“部分和”技术降低了攻击的时间复杂度.攻击结果如下:攻击8轮MIBS-64的数据复杂度和时间复杂度分别为238.6和224.2;攻击9轮MIBS-80的数据复杂度和时间复杂度分别为239.6和268.4.本文攻击的数据复杂度和时间复杂度都优于穷举攻击.这是对MIBS算法第一个公开的Integral攻击.     

A secure image encryption scheme based on genetic operations and a new hybrid pseudo random number generator

This paper presents an encryption scheme based on genetic operations and a new hybrid pseudo random number generator (HPRNG). The new HPRNG is designed based on linear feedback shift register (LFSR), chaotic asymmetric tent map and chaotic logistic map. The scheme uses XOR and genetic operations (mutation, and multipoint crossover) to encrypt the image blocks. The first block of the plain image is encrypted with the help of a pseudo-random bit sequence generated by the HPRNG. The subsequent blocks are based on the previous cipher block and the XOR operator. The scheme can be extended to encrypt color images and text as well. The cipher images produced have very low correlation with their corresponding plain images and have high values of entropy, making it unpredictable and difficult to detect redundancies in the image pixel values. More over the scheme is compared with some existing schemes and found that the proposed scheme is comparatively secure and efficient.

     

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。     

A related key impossible differential attack against 22 rounds of the lightweight block cipher LBlock

LBlock is a new lightweight block cipher proposed by Wu and Zhang (2011) [12] at ACNS 2011. It is based on a modified 32-round Feistel structure. It uses keys of length 80 bits and message blocks of length 64 bits.In this letter, we examine the security arguments given in the original article and we show that we can improve the impossible differential attack given in the original article on 20 rounds by constructing a 22-round related key impossible differential attack that relies on intrinsic weaknesses of the key schedule. This attack has a complexity of 2⁷⁰ cipher operations using 2⁴⁷ plaintexts. This result was already published in Minier and Naya-Plasencia (2011) [9].     

MIBS-64算法的三子集中间相遇攻击

MIBS算法于2009年在CANS会议上提出,是一个32轮Feistel结构、64比特分组长度以及包含64比特、80比特两种主密钥长度的轻量级分组密码.针对该算法密钥编排中第1轮到第11轮子密钥之间存在部分重复和等价关系,本文首次完成了MIBS-64的11轮三子集中间相遇攻击,数据复杂度为2^[47],存储复杂度为2^[47]64-bit,时间复杂度为2^[62.25]次11轮加密.与目前已有的对MIBS-64算法的中间相遇攻击相比,将攻击轮数由10轮扩展至11轮,刷新了该算法在中间相遇攻击下的安全性评估结果.     

基于改进型Henon映射的快速图像加密算法

为了解决传统Henon映射在密码系统中实现时混沌空间小和安全性低的缺陷,设计了一种改进型Henon映射。通过分岔图、混沌轨道、Lyapunov指数和近似熵分析表明改进型的Henon映射具有更大的混沌空间、更好的遍历性和更高的混沌复杂度,使其更加适用于设计安全的密码系统。基于改进型的Henon映射,提出了一种快速图像加密算法,该算法由多级块置乱和双向块扩散过程构成。在多级块置乱过程,明文图像被分成几个大小不等的图像块,然后对图像块进行置乱操作。在双向块扩散过程,置乱后的图像重新被分成若干个大小相同的图像块,最后对图像块进行块扩散操作得到密文图像。仿真结果和安全性分析表明该算法是安全高效的。