若干數(shù)字混沌圖像加密算法的密碼分析.pdf

1、在二十世紀(jì)六十年代開始迅速發(fā)展的混沌理論被發(fā)現(xiàn)與密碼學(xué)存在著緊密的聯(lián)系,比如混沌系統(tǒng)的狀態(tài)對初始條件或控制參數(shù)的變化非常敏感,這點(diǎn)剛好與密碼學(xué)里要求加密結(jié)果對密鑰和明文的變化非常敏感相吻合。與此同時,信息技術(shù)的迅速發(fā)展使得圖像數(shù)據(jù)的安全性變得越來越重要。然而,圖像數(shù)據(jù)與文本數(shù)據(jù)之間的巨大差異使得傳統(tǒng)的文本加密算法并不能有效地保護(hù)圖像數(shù)據(jù)。所以,利用混沌理論設(shè)計圖像加密算法在過去十多年里一直是一個研究熱點(diǎn),上千個混沌加密算法在各類出版物發(fā)

2、表。但是,只有不到一百個混沌加密算法已被密碼分析者指出存在各種程度的安全問題。密碼分析工作的嚴(yán)重滯后成了阻礙混沌密碼發(fā)展的一大瓶頸。
　　本文針對近年來提出的三個混沌圖像加密算法進(jìn)行了全面的密碼分析。主要評估它們抵抗已知明文攻擊、選擇明文攻擊、差分攻擊的能力。針對各類安全缺陷不僅給出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)證明,并提供詳細(xì)的實驗驗證。總的來說,本文的研究內(nèi)容和主要成果包括以下幾個方面。
　　1.使用分而治之的策略對王興元等人最近提出的一種

3、彩色圖像加密算法進(jìn)行了密碼分析?；诓罘置魑牡男再|(zhì),本文證明了該算法的等價密鑰可由少量選擇明文獲取。攻擊復(fù)雜度與圖像大小呈線性關(guān)系。本文理論證明了該攻擊方法的高成功率,并給出了相應(yīng)的實驗驗證。
　　2.針對最近提出的一種基于感知模型的混沌圖像加密算法進(jìn)行了詳細(xì)的安全分析。本文證明了該算法本質(zhì)上等同于一個基于異或運(yùn)算的流密碼。因此,其等價密鑰可僅由一對已知明密文獲取。此外,本文還指出了算法的一些其他安全缺陷,如加密結(jié)果對明文的變化不

4、敏感,使用的偽隨機(jī)數(shù)列的隨機(jī)性不足。
　　3.詳細(xì)分析了張翌維等人在2007年提出的基于混沌映射的交替結(jié)構(gòu)圖像加密算法。本文給出并證明了該算法各中間數(shù)據(jù)間存在的一些關(guān)聯(lián)性質(zhì)。當(dāng)加密輪數(shù)不大于4時,逐個詳細(xì)描述了如何利用這些性質(zhì)用差分攻擊方法獲得該算法的等價密鑰信息。對于更高加密輪數(shù)的該算法,本文也給出了簡單的差分分析。另外,本文指出了該算法的密鑰空間不夠大,加密結(jié)果對明文的變化非常不敏感。為更清晰顯示該算法的安全性能,本文給出了該