Image Encryption Using DNA Encoding, Snake Permutation and Chaotic Substitution Techniques
本文提出一种结合DNA编码、蛇形置换与混沌替换的图像加密方案，在降低计算开销的同时实现高效置乱与扩散，实验表明加密图像具有理想信息熵和近零相关系数。
2025-03-12 cs.CR
Block Ciphers Substitution Box Generation Based on Natural Randomness in Underwater Acoustics and Knights Tour Chain
机密信息的保护是一个全球性的问题，而块加密算法是最可靠的选择。著名的信息理论家Claude Shannon在其关于保密通信系统的基础研究中，给出了强密码应该具有的两个理想特性：替换和置换。分组密码严格遵循替换和置换原理来生成密文。分组密码抵抗多种攻击的实际强度完全取决于其替换特性，而替换特性是通过使用S盒得到的。在目前的文献中，基于代数结构和基于混沌的技术被高度用于S盒的构造，因为这两种技术都具有有利的特征，但这些技术的各种攻击也已被确定。由于真随机数具有不可预测、不可逆和不可复制的特性，因此真随机数已被公认为密码原语设计的理想方法。该技术的基本概念是从水下声波中提取真随机比特，并设计了一种新的技术，用于动态生成的S盒使用骑士巡回赛链。所提出的方法满足所有标准的评价测试的S盒建设和真正的随机数产生。使用NIST随机性测试套件分析了200万比特，结果表明水下声波是真正随机性的无可挑剔的熵源。此外，我们动态生成的S盒比最新发布的S盒（2020年至2021年）具有更好或相等的强度。据我们所知，这类研究首次被做出来，利用水下声波的自然随机性来构造分组密码的S盒
2022-05-26 cs.CR
Generation of dynamical S-boxes via lag time chaotic series for cryptosystems
在这项工作中，我们提出了一种算法的设计$n\times n$位替换盒（S盒）的时间序列的离散动力系统的混沌行为的基础上。$n\times n$位替换盒的元素由均匀分布的时间序列生成的二进制序列给出。特别地，利用Logistic映射的两个滞后时间混沌序列产生均匀分布的时间序列。使用这两个滞后时间序列的目的是隐藏所使用的映射，从而避免了Logistic映射的U形分布，并获得不相关的S盒元素。该算法简单，保证了分组密码的主要组成部分S盒的生成满足强S盒准则：双射准则、非线性准则、严格雪崩准则、输出比特独立准则、等概率输入/输出异或分布准则和最大期望线性概率准则。满足这些标准的S盒通常被称为“好S盒”。最后，基于多字母密码原理开发了一个应用程序，通过动态S盒获得明文的均匀分布。
2019-02-18 cs.CR math.DS
Efficient and Secure Substitution Box and Random Number Generators Over Mordell Elliptic Curves
椭圆曲线密码体制由于具有很强的抗现代密码分析能力，近年来受到了广泛的关注。本文的目的是提出有效的生成器来生成替换盒（S盒）和伪随机数，这是许多著名的密码系统所必需的。这些生成器基于一类特殊的有序Mordell椭圆曲线。进行严格的分析，以测试拟议的发电机的安全强度。实验结果表明，对于给定的素数，所提出的生成器能够以较低的时间和空间复杂度生成大量不同的、互不相关的、密码学上强的S盒和随机数序列.此外，从比较中可以明显看出，所提出的方案可以有效地产生安全的S盒和随机数相比，一些众所周知的现有方案在不同的数学结构。
2019-10-12 cs.CR math.AG
Evolutionary Approach to S-box Generation: Optimizing Nonlinear Substitutions in Symmetric Ciphers
eCampus University（伊坎普斯大学）；V. N. Karazin Kharkiv National University（哈尔科夫国立大学）；University of Macerata（马切拉塔大学）；Central Ukrainian National Technical University（乌克兰中部国立技术大学）
本文提出利用遗传算法与Walsh-Hadamard谱成本函数生成非线性S-box，实现8x8非线性度为104的S-box，性能与现有最佳方法相当，迭代次数减少多个数量级。
2024-07-03 cs.CR
An image encryption algorithm based on chaotic Lorenz system and novel primitive polynomial S-boxes
混沌密码系统由于其高效、鲁棒性强、对初始条件敏感等优点而受到越来越多的关注。在文献中，一方面有许多加密算法只保证安全性，而另一方面有基于混沌系统的方案，只承诺的不确定性。由于这些限制，这些方法中的每一种都不能充分应对当前情况的挑战。本文采用统一的方法，提出了一种基于Lorenz混沌系统和原始不可约多项式S盒的图像加密算法。首先提出了16种不同的基于射影一般线性群的S盒和16种256阶Galois域的本原不可约多项式，然后将这些S盒与混沌映射相结合应用于图像加密方案中。Lorenz混沌系统可以产生对应于变量$x$、$y$和$z$的三个混沌序列。在$x$、$y$和$z$的基础上构造了一个新的伪随机混沌序列$k_i$。利用混沌序列$k_i$和异或运算对原始图像进行加密，得到加密图像。为了证明所提出的图像加密的强度，进行了一些著名的分析以及MATLAB仿真。
2020-06-21 cs.CR math.NT math.RA
A Chaotic Image Encryption Scheme Using Novel Geometric Block Permutation and Dynamic Substitution
本文提出一种基于混淆-扩散架构的混沌图像加密方案，通过几何分块置换、二维Henon映射位异或和动态替换实现高安全性，熵值达7.9974、相关系数仅0.0014。
2025-03-13 cs.CR
Efficient Cryptographic Substitution Box Design Using Travelling Salesman Problem and Chaos
对称加密是实现安全性的最可靠的选择之一。在现代分组对称密码中，替代盒作为非线性元件，对密码的实际安全性起着至关重要的作用。本文利用旅行商问题和分段线性混沌映射来合成一个高效的8 × 8置换盒结构。所提出的预期设计具有标准性能指标所证明的一致性。统计结果表明，与最近的一些研究相比，预期的替代盒在密码学上更令人印象深刻。
2017-04-16 cs.CR
One software tool for testing square s-boxes
加密技术被广泛用于保持数据机密。大多数块对称算法都使用替换函数。该函数通常使用所谓的S-BOX矩阵。本文介绍了一种方形s盒测试软件。基于信息论，给出了静态和动态指标的测试函数。这些标准是数学上定义的平方s盒。提出了两个新的准则--“私有准则”，并给出了它们的生成和检验的伪代码。
2010-09-13 cs.CR
Breaking a modified substitution-diffusion image cipher based on chaotic standard and logistic maps
最近，Patidar等人提出了一种基于混沌标准和Logistic映射的图像加密方案，Rhouma等人提出了一种只用一个已知或选择的明文和相应的密文就能重构出等价的秘密密钥的方案。Patidar等人很快修改了原始方案，并声称修改后的方案对Rhouma等人是安全的。的攻击。在本文中，我们指出，修改后的方案仍然是不安全的，对相同的已知/选择明文攻击。此外，还指出了原方案和改进方案中存在的其他一些安全缺陷。
2009-12-21 cs.CR cs.MM
Cryptanalyze and design strong S-Box using 2D chaotic map and apply to irreversible key expansion
对AES和SM 4中的密钥扩展算法的密码分析结果表明：（1）它们的S盒存在缺陷;（2）轮密钥扩展算法是可逆的，即，可以从任何轮密钥恢复初始密钥，这可能是攻击者可利用的弱点。为了解决这些问题，首先构造了一个非退化的二维指数超混沌映射（2D-ECM），推导了满足3个条件的S盒个数的递推计算公式，并设计了一个无弱点的强S盒构造算法。然后基于2D-ECM和S-Box，设计了一种不可逆密钥扩展算法，将初始密钥转化为独立的轮密钥，使得初始密钥不能从任何轮密钥中恢复。安全性和统计分析证明了所提出的不可逆密钥扩展算法的灵活性和有效性。
2021-12-05 cs.CR
RNA-TransCrypt: Image Encryption Using Chaotic RNA Encoding, Novel Transformative Substitution, and Tailored Cryptographic Operations
本文提出轻量级图像加密方案RNA-TransCrypt，结合RNA编码与混沌理论，引入双碱基RNA编码、变换替换及三种定制密码学操作，实现接近理想值的安全加密。
2024-01-09 cs.CR
A Dual-Layer Image Encryption Framework Using Chaotic AES with Dynamic S-Boxes and Steganographic QR Codes
本研究提出融合混沌增强AES-128与隐写QR码的双层图像加密框架，通过动态混沌操作提升加密性能，借助QR码隐写实现双密钥安全分发，实验验证其在熵值、抗差分攻击等方面表现优异，可用于多领域敏感图像传输。
2025-06-16 cs.CR
Cryptanalysis of a one round chaos-based Substitution Permutation Network
混沌和密码学的交叉一直是自90年代初以来大量工作的目标。已经引入了许多加密方案来改进传统的密码学。然而，根据安全交换信息的基本要求，许多建议存在严重问题。本文通过对一个基于单轮置换网络的混沌密码系统的分析，指出了混沌密码学的一些主要问题。更具体地说，我们表明，它是不可能避免的加密架构的安全问题，只是通过包括一个混沌系统作为核心的衍生加密系统。
2012-04-02 cs.CR nlin.CD
Lightweight Key-Dependent Dynamic S-Boxes based on Hyperelliptic Curve for IoT Devices
安全性是物联网（IoT）的主要问题之一。加密在使这些系统安全方面起着限制作用。替换盒（S-Box）在分组加密方法中有着重要的作用。由于物联网节点的资源容量有限，提供轻量级的S-Box是一个具有挑战性的问题。提出了一种基于超椭圆曲线的密钥相关S盒。建议的S盒分析评估使用性能标准，包括双射，非线性，严格的雪崩效应，和代数度。评价结果表明，所提出的S盒生成算法是生成密码学强S盒的有效方法。
2021-02-26 cs.CR
A Novel Quasigroup Substitution Scheme for Chaos Based Image Encryption
在过去的二十年里，基于混沌的图像加密算法得到了大量的发展。在某种程度上，这些算法已经能够提供一种替代方案，以安全的方式通过网络交换大型媒体文件（图像和视频）。然而，在实际应用中，基于混沌的图像密码算法的实现还存在一些问题。其中之一是减少/小的密钥空间，这是由于这样的事实，即混沌行为只观察到一定范围内的系统参数/初始条件的混沌系统中使用这样的算法。为了克服这一困难，我们提出了一个简单，有效的和强大的图像加密算法的基础上的拟群和混沌标准映射的组合应用。提出的图像密码是基于流行的替代扩散架构（Shanon），其中一个准群的顺序256和混沌标准映射已分别用于图像像素的替代和置换。由于引入了准群作为秘密密钥的一部分，同时引入了混沌标准映射的参数和初始条件，使得密钥空间得到了显著的增加。由于基于拟群运算的置换非常简单，可以通过对拉丁方（即拟群的Cayley运算表）的查表运算来实现，并且利用混沌标准映射产生的伪随机数序列逐行和逐列地进行置换，因此该图像密码的速度非常快.通过直方图、相关系数、信息熵、密钥敏感性分析、差分分析、密钥空间分析等方法对算法的安全性和性能进行了分析，结果证明了该算法的有效性和鲁棒性。
2017-09-19 cs.CR math.CO
On the cryptanalysis of Fridrich's chaotic image encryption scheme
在过去的25年里，人们对利用混沌映射和混沌系统的复动力学特性进行加密进行了广泛的研究。1989年，Fridrich提出的混沌图像加密方案是通过对混沌位置置换和值置换迭代若干轮而设计的，在混沌密码学领域引起了广泛的关注。2010年，Solak \textit{et al.}提出了一种利用密文像素和对应的明文像素之间的影响网络对Fridrich方案进行选择密文攻击的方法。本文在他们创造性工作的基础上，用简明的数学语言研究了Fridrich格式的一些性质。最后，给出了Solak攻击方法在实际性能上的一些小缺陷。为进一步优化对Fridrich方案及其变种的攻击提供了依据。
2016-10-10 cs.CR
Dyadic-Chaotic Lifting S-Boxes for Enhanced Physical-Layer Security within 6G Networks
Walton Institute, South East Technological University（沃尔顿研究所，东南科技大学）
6G网络面临安全挑战，本文提出用二元混沌提升S盒增强物理层安全，结合β变换驱动系统与二元条件采样生成8位排列，具有高代数次数、非线性度等优点，能满足6G网络对轻量级、可重构混淆组件的关键需求。
2026-07-21 cs.CR quant-ph
Noise-Crypt: Image Encryption with Non-linear Noise, Hybrid Chaotic Maps, and Hashing
本文提出图像加密算法 Noise-Crypt，融合非线性随机噪声、logistic-tent 与 logistic-sine-cosine 混合混沌映射及 SHA-256，通过增强伪随机序列与替换盒选择并引入噪声非线性，实现熵约 7.99、相关性约 -0.0040 的鲁棒加密。
2023-09-20 cs.CR
Construction of Side Channel Attacks Resistant S-boxes using Genetic Algorithms based on Coordinate Functions
背景和目的：替换盒（s-box）是密码学中产生混淆和非线性的重要组成部分。为了增强密码抵抗各种攻击，包括侧信道攻击，这些盒子需要具有许多安全属性。为了提高s盒对侧信道攻击的抵抗能力，提出了一种新的s盒生成方法。研究方法：在预处理阶段，采用快速算法生成一个具有基本安全性质的初始S盒。然后，在主阶段，利用初始S盒生成新的S盒，新的S盒不仅具有初始S盒的性质，而且在另一组安全性质下得到了显著的改进。为此，在预处理阶段中，使用遗传算法在初始s盒的坐标函数的线性组合集合的特定子集上生成新的s盒。结果如下：实验结果表明，这些新的s盒的所有安全属性，特别是透明阶数、信噪比、混淆系数、双射性、不动点和相对不动点等指标都有了很大的提高.例如，我们的实验表明，70，220，2071，43，和406的S盒被发现比初始的S盒，分别在4x 4到8x8的尺寸更好结论：在这篇文章中，介绍了一种新的S盒构造方法，其中与侧信道攻击相关的属性得到了改善，而不会降低其他安全属性。此外，从4x 4到8x8维的生成s盒中获得的一些结果表明，生成的s盒不仅相对于初始s盒有所改进，而且在某些情况下，比一些众所周知的s盒要好得多。
2021-02-19 cs.CR math.GR
SRSS: A New Chaos-Based Single-Round Single S-Box Image Encryption Scheme for Highly Auto-Correlated Data
针对高自相关图像区域中传统 S 盒替换安全性不足的问题，提出基于混沌的 SRSS 单轮单 S 盒方案及 CROSS 随机操作选择机制，以低复杂度取得接近理想的统计安全性能。
2023-08-21 cs.CR cs.IT math.IT
A New Chaos-Based Cryptosystem for Secure Transmitted Images
本文提出了一种新的和强大的基于混沌的安全传输图像的密码系统和其他四个版本。在所提出的块加密/解密算法中，一个二维混沌映射被用来洗牌的图像像素的位置。然后，替换（混淆）和置换（扩散）操作上的每个块，多轮，结合使用两个扰动混沌PWLCM映射。微扰轨道技术改善了加密图像的统计特性。在各种标准密码块模式下的误差传播表明，该密码系统适合于在损坏的数字信道上传输密码数据。最后，为了量化所提出的密码系统的安全级别，进行了大量的测试，实验结果表明，所提出的密码系统具有较高的安全级别。
2015-03-01 cs.CR
X-Cross: Image Encryption Featuring Novel Dual-Layer Block Permutation and Dynamic Substitution Techniques
本文提出X-CROSS图像加密算法，通过双层块置换（含比特间转移和X-cross像素置换）与动态替换技术，结合二维混沌映射，有效消除图像固有模式并提升抗攻击能力。
2025-03-13 cs.CR
Image Encryption Algorithm Based on Convolutional Neural Networks and Dynamic S-Box Generation
Tikrit University（提克里特大学）；University of Technology-Iraq（伊拉克理工大学）；Middle Technical University（中东技术大学）；University of Tabriz（大不里士大学）；Ural Federal University（乌拉尔联邦大学）
提出一种结合CNN与经典密码学的动态图像加密方法，通过CNN学习特征生成自适应S盒，增强非线性、唯一性和输入依赖性，提高抗攻击能力。
2026-06-19 cs.CR cs.SE
Lossless Compression and Complexity of Chaotic Sequences
研究了混沌动力系统短符号序列的无损压缩算法的复杂性。特别是，我们研究了非顺序递归对替换（NSRPS），一个无损压缩算法首先由W。Ebeling等人[Math. Biosc. 52，1980]和Jiménez-Montaño等人[arXiv：cond-mat/0204134，2002]），其随后被证明是最佳的。NSPRS也被用来估计书面英语的熵（P. Grassberger [arXiv：physics/0207023，2002]）。我们提出了一种新的复杂性度量-定义为将输入序列转换为常数序列所需的NSRPS迭代次数。我们在不同分叉参数值的逻辑斯蒂映射的符号序列上测试了该度量。所提出的复杂性的措施是很容易计算的，并观察到高度相关的原始非线性时间序列的李雅普诺夫指数，即使是非常短的符号序列（短至50个样本）。最后，我们从Skew-Tent映射构造符号序列，这些符号序列是不可压缩的流行压缩算法，如WinZip，WinRAR和7-Zip，但可压缩的NSRPS。
2011-01-23 cs.CR nlin.CD
CellSecure: Securing Image Data in Industrial Internet-of-Things via Cellular Automata and Chaos-Based Encryption
本文提出CellSecure图像加密算法，结合Rule-30元胞自动机与logistic-sine混合混沌映射，面向IIoT和CPS实现快速、高安全性的图像加密，实验表明其熵值达7.99、相关系数仅0.002，能有效抵御工业网络攻击。
2023-09-20 cs.CR
Enhanced cast-128 with adaptive s-box optimization via neural networks for image protection
本文提出一种基于混沌LSM生成动态S盒的增强CAST-128算法，以提升图像加密的随机性和抗攻击能力，显著优于原始CAST-128。
2025-09-09 cs.CR
Security analysis of an audio data encryption scheme based on key chaining and DNA encoding
最近，Naskar，P.K.提出了一种用于音频数据加密的新加密方案，该密码系统是基于置换-置换加密结构，在置换阶段使用DNA编码，其中密钥生成基于密钥链算法，该算法使用逻辑混沌映射为每个明文块生成新的密钥块。在对该方案的作者进行了一些统计测试后，他们声称他们的密码系统是鲁棒的，可以抵抗传统的密码分析攻击。相反，在本文中，我们证明了相反的情况：该方案对选择的密文和明文攻击非常弱，因此只有两个32字节大小的选择的明文足以恢复用于加密的等效密钥。该密码系统的洗牌过程设计是脆弱的，允许我们恢复未知的原始明文应用重复的洗牌。我们的研究证明，该方案是非常弱的，不应该用于任何信息安全或密码的关注。然后概述了从这篇密码分析论文中吸取的经验教训，以便在进一步的设计和建议中加以考虑。
2019-10-19 cs.CR cs.MM
A Hybrid Image Encryption Scheme based on Chaos and a DPA-Resistant Sbox
针对现有图像加密方案的弱点，提出一种基于混沌和抗DPA S盒的混合加密方案，提高安全性和效率，并在常见攻击下表现更优。
2023-12-23 cs.CR
A DNA Based Colour Image Encryption Scheme Using A Convolutional Autoencoder
随着科技的进步，数码影像可轻易地透过互联网传送及储存。加密是用来防止非法截取数字图像。以原始尺寸对大尺寸彩色图像进行加密通常导致低加密/解密速度以及对传输信道的有限带宽施加负担。为了解决上述问题，本文提出了一种新的加密方案，采用卷积自编码器，DNA和混沌的彩色图像。该方案有两个主要模块，使用建议的卷积自编码器的维度转换模块，和使用DNA和混沌的加密/解密模块。首先使用编码器将输入彩色图像的维度从N $\times$ M $\times$ 3减少到P $\times$ Q灰度图像。然后在降维空间中执行加密和解密。对解密的灰度图像进行上采样以获得具有维度N $\times$ M $\times$ 3的原始彩色图像。所提出的自动编码器的训练和验证准确率分别为97%和95%。一旦自动编码器被训练，它可以被用来减少和随后增加任何输入彩色图像的维度。所设计的自动编码器的功效已被证明是由压缩图像的原始彩色图像与可忽略的感知失真的成功重建。本文提出的第二个主要贡献是使用DNA以及多个混沌序列和替换盒的图像加密方案。利用图像直方图、熵、NPCR、UACI、密钥敏感度、加密对比度等评价参数对算法的安全性进行了评价。
2022-11-07 cs.CR
