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基金项目：湖南省教育厅科研基金资助项目(10C0579, 09C296)；衡阳市科技计划基金资助项目(2010KJ31, 2010KG58, 2011KG68)；湖南工学
院重点科研基金资助项目(HY10001)
作者简介：龙卓珉(1972－)，女，讲师、硕士，主研方向：混沌加密，信号测量、处理及自动控制；俞 斌(通讯作者)，讲师、硕士
收稿日期：2011-11-17 修回日期：2012-01-12 E-mail：gliet_99021626@163.com
针对超混沌系统图像加密算法的选择明文攻击
龙卓珉，俞 斌
(湖南工学院电气与信息工程系，湖南 衡阳 421002)
摘 要：超混沌系统图像加密算法 HYPER_HIE 由于采用初等变换和异或运算作为加密措施，因此很难抵抗各种攻击。针对该算法的 3 个
步骤，即密钥生成、像素置乱、图像扩散与混乱，选择全零矩阵、行相同矩阵和列相同矩阵这 3 种明文矩阵，在未知加密密钥的前提下对
该算法进行选择明文攻击。通过一个实例表明，该攻击方法仅以很小的计算代价破译了密文。
关键词：超混沌系统；图像加密算法；选择明文攻击；明文矩阵；矩阵变换；密文矩阵
Chosen Plaintext Attack for Hyper-chaotic System
Image Encryption Algorithm
LONG Zhuo-min, YU Bin
(Department of Electronics and Information Engineering, Hunan Institute of Technology, Hengyang 421002, China)
【Abstract】Hyper-chaotic system image encryption algorithm HYPER_HIE uses elementary transformation and exjunction to encrypt, so it is
difficult to resist various attacks. Aiming at three steps of HYPER_HIE including key generation, pixel scrambling, image diffusion and confusion,
this paper chooses three kinds of plaintext matrixes to do chosen plaintext attack without knowing encryption key. An instance shows that the attack
method can decode ciphertext with low computing costs.
【Key words】hyper-chaotic system; image encryption algorithm; chosen plaintext attack; plaintext matrix; matrix transformation; cipher matrix
DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2012.17.042
计 算 机 工 程
Computer Engineering
第 38 卷 第 17 期
Vol.38 No.17
2012 年 9 月
September 2012
·安全技术·
文章编号：1000—3428(2012)17—0148—04
文献标识码：A
中图分类号：TP309.7
1
概述
现代信息社会对信息 安全性的要求越来越高 ，从很大
程度上推动了图像加密算法的发展 。由于混沌系统具有 类
随机性 、对初值的高度敏感性等特点 ，因此 成为了 图像加
密算法中的研究热点
[1 -3]
。 相对 于 低维混沌系统 ， 高维超
混沌系统具有更复杂的动力学行为以及更好的随机性
[4]
，
因此 ，基于超混沌系统的图像加密算法 更具发展前景 。
文献
[5]
利用混沌系统内在的类随机性 ，构建出较大的
排列矩阵 ， 并进行像素置乱和扩散以达到图像加密的目
的。该算法 可以抵抗统计分析 。文献
[6]
利用混沌系统产生
的密钥和明文构建
Hash
函数进行图像 加密 。该算法 可以
抵抗选择明文攻击和选择密文攻击 。文献
[7]
提出一种利用
Logistic
混沌系统对像素矩阵进行初等变换 ，再通过超混
沌系统产生的密钥对变换后的像素矩阵进行加密的图像
加密算法
HIE (Hyper -chaos Image Encryption )
。由于该算法
一个明文字节只能影响一个密文字节 ，因此 不能抵抗选择
明文攻击和选择密文攻击
[8]
。文献
[9]
对
HIE
算法进行改
进，提出了
HYPER_HIE
算法 ，利用超混沌系统对像素矩
阵进行初等变换 ，达到像素置乱的目的 ，再通过超混沌系
统实现图像扩散 。虽然
HYPER_HI E
算法多次利用超混沌
系统进行像素的置乱和扩散 ，但和
HIE
算法非常相似 ，其
像素置乱是利用对像素矩阵的初等变换实现 的，图像扩散
是利用密钥和明文的异或运算实现 的，因此 ，该算法 同样
不能抵抗选择明文攻击 。
安全的混沌密码系统 只有 能够抵抗各种攻击 ，才能保
证加密系统的安全性 。 本文 针对
HYPER_HIE
算法 的特
点，选择
3
种明文矩阵对其 成功 进行 了选择明文攻击 。
2 HYPER_HIE
算法及其存在的问题
2.1 HYPER_HIE
算法 简介
HYPER_HIE
算法
[9]
主要包括 以下
3
个部分 ：
(1)
超混沌系统 ：用于产生像素 置乱及图像扩散 、混乱
所需的密钥 。
(2)
像素置乱 ： 对原始图像的像素矩阵进行初等矩阵
变换 。
(3)
图像扩散 、 混乱 ： 进一步对置乱矩阵进行像素值
扰乱 。
2.1.1
超混沌系统
超混沌系统方程
[1 0]
为：
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