一种针对两类基于混沌的图像加密算法的密码分析方法

《Scientific Reports》：A cryptanalysis method for two classes of chaos-based image encryption algorithms

　　

摘要

基于混沌的图像加密已成为保护高度相关的大批量数据（尤其是数字图像）的一种有力策略。大多数当代混沌密码利用混沌系统，在传统的置换 - 扩散框架内生成伪随机会话密钥。为了确保高速性能，扩散层通常采用位异或、模运算和加法等基本操作。尽管各种特定的混沌加密方案已被使用标准密码分析技术（如选择明文攻击（CPA）、选择密文攻击（CCA）和已知明文攻击（KPA））成功攻破，但在能够分析此类整个算法类别的通用方法方面存在明显不足。为解决这一差距，本文提出了一种用于基于混沌的图像加密的通用密码分析框架。与置换 - 扩散架构相关的加密方程在数学上被简化为两种通用形式。随后，建立了一个系统且逐步的密码分析流程，以评估这些形式在 CPA、CCA 和 KPA 条件下的表现。实验结果证实，所提出的方法可以完全重建加密/解密矩阵，并恢复等效的扩散/逆扩散密钥。这些类型攻击的成功概率是通过分析推导出来的。此外，该方法具有很高的可行性，表现出适中的计算复杂度，现代硬件可以轻松处理，从而突显了广泛使用的混沌加密架构中的关键漏洞。