基于二维X型可逆细胞自动机的加密算法

计算机应用 ›› 2014, Vol. 34 ›› Issue (12): 3466-3469.

基于二维X型可逆细胞自动机的加密算法

袁野,李敬医,陈炬桦

中山大学信息科学与技术学院,广州 510006

收稿日期:2014-06-04 修回日期:2014-07-25 发布日期:2014-12-31 出版日期:2014-12-01
通讯作者: 袁野
作者简介:袁野(1988 -),男,安徽舒城人,硕士研究生,主要研究方向:信息安全、人脸识别；李敬医(1990-),男,河南开封人,硕士研究生,主要研究方向:信息安全、图像加密；陈炬桦(1960 -）,男,江西峡江人,副教授,博士,主要研究方向:信息安全。

Encryption algorithm based on 2D X-type reversible cellular automata

YUAN Ye,LI Jingyi,CHEN Juhua

School of Information Science and Technology, Sun Sat-sen University, Guangzhou Guangdong 510006, China

Received:2014-06-04 Revised:2014-07-25 Online:2014-12-31 Published:2014-12-01
Contact: YUAN Ye

摘要/Abstract

摘要：

针对二维传统邻居类型细胞自动机结构和演化复杂、加密效率低,而一维细胞自动机密钥空间小、扩散速度慢、需要多轮迭代才能产生雪崩效应的问题,提出一种新的基于二维X型可逆细胞自动机并引入Arnold变换的加密算法。首先利用提出的细胞自动机对明文序列进行演化；在每一步演化结束后再对序列进行Arnold变换和循环移位变换；最后直到加密的密文满足要求,停止演化和变换。通过实验证明,密钥空间增大16.8%,可以抵抗穷举攻击；另外扩散性和混淆性好,能产生雪崩效应,可抵抗选择明文攻击。

Abstract:

Concerning the problems of complicated structure and revolution of 2D traditional neighborhood cellular automata, low encrypting efficiency, little key space of 1D cellular automata, low diffusion speed and needing multiple rounds iteration to produce avalanche effect, a new encryption algorithm based on 2D X-type reversible cellular automata and Arnold transformation was proposed. Firstly, the plaintext was evolved by the proposed cellular automata, then it was transformed by Arnold transformation and cyclic shift transformation after every evolution, until the ciphertext was encrypted well enough. The experimental result shows that the key space is increased by 16.8% and has perfect robustness in resisting brute force attack. In addition the diffusion and confusion is so excellent that it can produce higher avalanche effect and resist chosen plaintext attack.

中图分类号:

TP309.7

袁野李敬医陈炬桦. 基于二维X型可逆细胞自动机的加密算法[J]. 计算机应用, 2014, 34(12): 3466-3469.

YUAN Ye LI Jingyi CHEN Juhua. Encryption algorithm based on 2D X-type reversible cellular automata[J]. Journal of Computer Applications, 2014, 34(12): 3466-3469.

参考文献

［1］DAS D, MISRA R. Programmable cellular automata based efficient parallel AES encryption algorithm［J］. International Journal of Network Security and Its Applications,2011,3(6):197-211.
［2］ZHANG C, PENG Q, ZHU F. Encryption based on the permutation of cellular automata［J］.Computer Science,2003,30(3):171-173.(张传武, 彭启琮, 朱甫臣. 细胞自动机置换群加密技术研究［J］. 计算机科学,2003, 30(3):171-173.)
［3］NANDI S, KAR B K, CHAUDHURI P P. Theory and application of cellular automata in cryptography［J］. IEEE Transactions on Computers, 1994, 43(2): 1346-1356.
［4］JOSHI P, MUKHOPADHYAY D, ROYCHOWDH D. Design and analysis of a robust and efficient block cipher using cellular automata［C］// Proceedings of the 20th International Conference on Advanced Information Networking and Applications. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2006:67-71.
［5］ZHANG W, QING S, WU W. Cryptanalysis of a cellular automata based cryptosystem［J］.Journal of Software,2004,15(5):767-771.(张文涛, 卿斯汉, 吴文玲. 对一个基于细胞自动机的分组密码变形的分析［J］. 软件学报, 2004, 15(5): 767-771.)
［6］WU Y, HAO L, CHEN J. Block cipher based on T-shaped cellular automata［J］. Journal on Communications,2009,30(11A):52-60.(吴颖芝,郝立波,陈炬桦. T 型邻居细胞自动机的分组加密方法［J］.通信学报, 2009,30(11A):52-60.)
［7］HAMEED A, MU BAHAA ELDIN A M. A cellular automata random number generator for cryptographic applications［C］// Proceedings of the 2007 International Conference on Computer Engineering and Systems. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2007:101-105.
［8］GUAN S, ZHANG S. An evolutionary approach to the design of control cellular automata structure for random number generation［J］.IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 2003,7(1):23-36.
［9］SANTORO R, ROY S, SENTIEYS O. Search for optimal five-neighbor FPGA-based cellular automata random number generators ［C］// Proceedings of the 2007 International Symposium on Signals, Systems and Electronics. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2007:343-346.
［10］SANTOSO J, SANTOSO O S, TRILAKSONO B R. Matrix characteristics for two dimensional nongroup cellular automata［C］// Proceedings of the 2011 International Conference on Electrical Engineering and Informatics. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2011:1-4.
［11］WANG X, LUAN D. A novel image encryption algorithm using chaos and reversible cellular automata［J］. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2013,18(11):3075-3085.
［12］GONG L, ZENG S, ZHOU N. Color image encryption algorithm based on cutting spectrum and 2D Arnold transform［J］. Journal of Computer Applications,2012, 32(9):2599-2602.(龚黎华,曾绍阳, 周南润.基于频谱切割和二维Arnold变换的彩色图像加密算法［J］.计算机应用,2012,32(9):2599-2602.)
［13］PATIDAR V, PAREEK N K, PUROHIT G, et al. Modified substitution-diffusion image cipher using chaotic standard and logistic maps［J］. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2010,15(10):2755-2765.

[1]	王伊婷, 万武南, 张仕斌, 张金全, 秦智. 基于SM9算法的可链接环签名方案[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(12): 3709-3716.
[2]	项勇, 李艳俊, 黄丁韫, 陈愚, 谢惠琴. 全轮Shadow算法的差分和线性特征分析[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(12): 3839-3843.
[3]	张润莲王蒿唐瑞锋武小年. 基于均匀流型逼近与投影的高级加密标准算法相关功耗分析方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 0, (): 0-0.
[4]	闫润雨郭瑞闫永勃刘光军. 云中指定测试者的细粒度结果可验证搜索加密方案[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 0, (): 0-0.
[5]	高改梅, 段明博, 荀亚玲, 刘春霞, 党伟超. 支持密码逆向防火墙的基于SM9的属性基可搜索加密方案[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(11): 3495-3502.
[6]	张天骐谭霜沈夕文唐娟. 融合注意力机制和多尺度特征的图像水印方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 0, (): 0-0.
[7]	李艳俊, 葛耀东, 王琦, 张伟国, 刘琛. 改进的KLEIN算法及其量子分析[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(9): 2810-2817.
[8]	高改梅杜苗莲刘春霞杨玉丽党伟超邸国霞. 基于SM2可链接环签名的联盟链隐私保护方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 0, (): 0-0.
[9]	孙晓玲, 王丹辉, 李姗姗. 基于区块链的动态密文排序检索方案[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(8): 2500-2505.
[10]	刘丽, 侯海金, 王安红, 张涛. 基于多尺度注意力的生成式信息隐藏算法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(7): 2102-2109.
[11]	肖海林孔祥婷王玉周迪戴晓明. 基于改进奇异值分解和哈尔小波变化的图像水印算法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 0, (): 0-0.
[12]	李艳俊, 景小宇, 谢惠琴, 项勇. 量子计算模型下PFP算法的安全性分析[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(4): 1166-1171.
[13]	高改梅, 张瑾, 刘春霞, 党伟超, 白尚旺. 基于区块链与CP-ABE策略隐藏的众包测试任务隐私保护方案[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(3): 811-818.
[14]	王政, 王经纬, 殷新春. 支持用户撤销的可搜索电子健康记录共享方案[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(2): 504-511.
[15]	饶金涛, 崔喆. 基于SM2门限盲签名电子选举方案[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2024, 44(2): 512-518.