几种基于混沌的图像加密算法的密码分析

论文摘要

混沌是非线性动力系统的固有特性,是非线性普遍存在的现象。混沌系统对初值和控制参数高度具有高度敏感性、伪随机性和长期的不可预测性,这使得混沌能够被应用到密码设计中。在近期,很多基于混沌的加密算法提出了。本文重点分析了三篇基于混沌的图像加密算法,分析了他们的安全漏洞,并给出了改进算法。具体工作如下：分析了一种基于斜帐篷映射的图像加密算法,该算法有两个缺陷：(1)一旦密钥确定,密钥流的第一个值就是固定的,并且该值很容易获得。(2)密文泄露了很多的信息。基于这两个缺陷,对该算法进行了一个选择明文攻击,并为了加强原算法的安全性提出了改进措施。分析了一个基于时空混沌系统的图像块加密算法,该加密算法的缺点有：(1)分块的方式限制了分块的种类。(2)密钥流固定,即密钥流既不依赖于明文也不依赖于密文。(3)明文敏感性比较低。基于以上缺陷,用了6个明文/密文对就成功地获得了等效密钥。证明了原算法不能够应用到图像加密中,必须加以改进。分析了一个基于混沌的图像像素位置乱算法,该图像加密算法就是一个纯粹的置乱算法,它不能抵抗选择明文攻击,该算法不够安全。为此,对该算法进行了一些改进,理论分析与数值模拟均证明改进后的算法比原始算法更安全。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 混沌与密码学概述
• 1.1 混沌概述
• 1.1.1 混沌的发展史
• 1.1.2 混沌的定义
• 1.1.3 混沌的特征
• 1.1.4 几种典型的混沌系统
• 1.2 密码学概述
• 1.2.1 密码学发展史
• 1.2.2 密码编码学
• 1.2.3 密码编码学
• 1.3 混沌密码学
• 1.4 混沌图像密码
• 1.5 本章小结
• 2 对一个基于斜帐篷映射的图像的加密算法的分析和改进
• 2.1 张等人提出的密码系统简介
• 2.2 密码分析
• 2.3 实验结果
• 2.4 张等人加密算法的一些缺陷
• 2.4.1 对明文有很低的敏感性
• 2.4.2 置乱向量是固定的
• 2.4.3 弱密钥
• 2.4.4 有限精度影响
• 2.5 改进措施
• 2.6 本章小结
• 3 对一个基于时空混沌系统的图像块加密算法的密码分析
• 3.1 王等人的加密算法
• 3.1.1 预处理阶段
• 3.1.2 图像块的置乱
• 3.1.3 图像块的扩散
• 3.2 选择明文攻击
• 3.2.1 破译图像分块方式
• 3.2.2 破译时空混沌系统产生的矩阵
• 3.2.3 破译置乱向量T
• 3.3 实验结果
• 3.4 原算法的一些缺陷和错误
• 3.5 本段总结
• 4 对一个基于混沌图像像素位置乱算法的分析与改进
• 4.1 Ye的加密算法
• 4.2 选择明文攻击
• i'>4.2.1 破译序列TN_i
• 4.2.2 破译向量TM
• 4.3 实验结果
• 4.4 改进算法
• 4.5 改进算法的实验结果和性能分析
• 4.5.1 改进算法的实验结果
• 4.5.2 Logistic映射分析
• 4.5.3 密钥空间分析
• 4.5.4 直方图分析
• 4.5.5 相邻元素相关性分析
• 4.5.6 明文敏感性分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢