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混沌有着与保密系统的密码学特性存在紧密联系的系统特性:遍历性、混合性、确定性和对初始条件的敏感性。自从二十世纪90年代早期以来,混沌被广泛用来设计多媒体加密算法。本文主要讨论对一些最近提出的与混沌相关的多媒体加密算法的密码分析。本文详细分析了算法抵抗常见攻击方法的能力,比如穷举攻击,已知/选择明文攻击等。对各加密算法的安全性进行了详尽的理论分析并给出试验验证。全文主要成果包括以下几个方面:
1.通过建立了纯置换多媒体加密算法的标准化加解密模型,本文从最一般化的角度分析了纯置换多媒体加密算法的安全性。本文发现任一纯置换图像加密算法都能被O(logL(MN))对已知/选择明文所破解,其中MN是图像的尺寸,L是图像的灰度级。其攻击复杂度仅为O(n·(MN)2),其中n是所用已知/选择明文的数量。近期提出的纯置换图像算法HCIE作为典型例子示范了该一般性攻击方法的具体应用。试验验证了已知/选择明文攻击的有效性。
2.对最近提出的一基于混沌图像加密算法RCES进行了详细分析,本文发现该算法能用一对或两对已知/选择明文破解。另外,该算法抵抗穷举攻击的能力被高估。试验结果验证了文中所给出的理论分析。
3.本文对在ISCAS2004上提出的一多级加密系统MES的算法进行了安全性分析,发现一差分选择明文攻击方法能有效地破解该算法。试验结果验证了该攻击方法的有效性。另外MES抵抗穷举攻击的能力也不够强。
4.本文分析了一推骨牌信号加密算法DSEA的安全性,发现该算法有如下弱点:1)抵抗穷举攻击的能力被高估;2)抵抗惟密文攻击的能力不够强,攻击者仅从单个密文中就可以获取部分明文信息和一个子密钥;3)抵抗已知/选择明文攻击的能力很弱,攻击者由一对已知/选择明文中的一段连续比特就可获得密钥。试验结果验证了该破解方法的有效性。
5.本文对加密算法TDCEA进行了全面分析,发现了下列安全问题:1)算法TDCEA中存在一些本质缺陷;2)有二种已知明文攻击方法能破解TDCEA;3)对应的二种选择明文攻击方法能更有效的破解该算法。试验结果展现了该算法的缺陷问题,并验证了已知明文攻击的有效性。
6.本文分析了分别由Yen和Zhou等人分别提出的基于神经网络的两类多媒体加密算法。我们发现Yen算法能由一对已知/选择明文破解;Zhou算法能由两对选择明文破解。攻击方法的有效性被试验结果所验证。
7.在对分层数据安全保护算法HDSP的非安全性质的详细分析的基础上,本文提出了对该算法的已知/选择明文攻击方法。下列问题被指出:1)在已知n对明文条件下,仅只有约(50/2n)%的秘密混沌比特不能被确定;2)若给定一特别选择的明文,所有的的秘密比特都能被确定;3)在给定一对已知/选择明文条件下,密钥能以较小的复杂度获取。试验结果验证了攻击方法的有效性。另外HDSP抵抗穷举攻击的能力也不够强。