自从二十世纪80年代末以来,混沌密码学作为融合了非线性科学和密码学的交叉学科,引起了各界研究人员的密切关注。尤其在网络空间安全领域,混沌密码学作为一种新兴的隐私保护技术,应用前景广阔。然而,目前混沌密码学仍缺乏标准的衡量方法,现有的许多混沌加密算法由于存在各种安全缺陷而被分析破译,这也制约了其从理论研究走向实际应用。为提高混沌加密算法的安全性,本文对若干混沌加密算法进行密码分析,主要研究内容包括:1.对2016年提出的一个基于Zigzag变换与混沌的彩色图像加密方案进行安全分析,该方案基于置换-扩散结构,采用了像素级置换和按比特异或扩散对彩色图像进行隐私保护。经过密码分析发现,原方案不论是置换还是扩散过程均存在等效密钥。因此,采用选择明文攻击方法对原算法进行密码分析,并实现了破译。理论分析和实验结果表明,原加密方案无法抵御选择明文攻击,且攻击所需的数据复杂度和计算复杂度都比较低。最后,对这个混沌加密算法给出一些安全方面的改进建议。2.对2018年提出的一个基于比特平面提取和多混沌映射的图像加密系统进行密码分析,该加密系统主要采用比特级置换的方法以增强安全性能。经过密码分析,提出了基于选择明文攻击方法,通过分别获取等效的扩散密钥和等效的置换密钥实现对该加密系统的破译。实验结果表明,本章所提出的选择明文攻击方法仅需要较低的计算复杂度和数据复杂度,即可实现对加密系统的破译。此外,揭露了原系统中存在的一些其他安全缺陷。此密码分析可为改进基于比特级技术的混沌图像加密系统的安全性提供一些参考依据。3.对2015年提出的一个结合DNA编码和时空混沌的图像加密算法进行安全分析,该算法对明文图像先后采用像素扩散、DNA编码、DNA元素置换和DNA解码得到密文图像。经过密码分析发现,像素扩散过程对于攻击者是无效的,DNA编码和解码的结合等价于按比特取补。因而,原算法实际上等价于DNA基位置置换和按比特取补的组合过程。基于此,分别提出了选择明文攻击方法和选择密文攻击方法通过获取其等效密钥破译原算法。理论分析和实验结果表明,两种攻击方法均能以较低的计算复杂度和数据复杂度破译原算法。这个密码分析工作可为增强结合DNA编码和混沌系统的图像加密算法的安全性提供一定的借鉴作用。4.对2018年提出的一个基于宽度优先搜索和动态扩散的图像混沌加密算法进行密码分析,在扩散过程中结合明密文图像的某些特征动态选取混沌序列进行加密。经过密码分析,这个算法同样存在等效密钥。针对该算法中较为复杂的动态扩散过程进行数学分析,从理论上证明了所有可能选取的动态扩散序列仅为一个比较小的集合,从而为破译等效扩散密钥提供了前提条件。然后,根据选择明文攻击,分别提出了两种不同的密码分析方案。理论分析和实验结果表明,两种密码分析方案对该算法的攻击均有效。这个工作可为采用某些动态机制的混沌密码的分析提供一定的借鉴和参考。5.对2019年提出的一个多轮混沌图像加密算法进行安全分析,该算法主要包括三个部分:随机添加环绕像素、多轮置换和多轮扩散。经过密码分析发现,随机添加环绕像素由于没有密钥参与可被视作已知部分,而多轮置换等价于仅一轮置换。另外,根据原算法扩散范式存在的缺陷,提出了一种消除多轮扩散的方法,仅需一对选择明密文图像即可破译多轮扩散。因而,根据选择明文攻击,通过先消除扩散再分析置换的策略实现对原算法的破解。理论分析和实验结果表明,所提出的攻击方法是有效的,且所仅需的计算复杂度和数据复杂度仅比较低。最后,为了提高安全性,给出了一些改进建议。这个密码分析工作可为提高多轮置换和扩散结构的混沌加密算法的安全性提供一定的理论参考。6.研究了一个基于无简并高维离散超混沌系统的并行加密算法,并对其进行安全分析。一方面,在2017年,构造了一个无简并的五维离散超混沌系统,进而设计了相应的并行混沌加密算法。与现有用于加密的其他混沌系统相比,该混沌系统具有正李氏指数全为正且足够大,所产生的混沌序列能通过严格的TESTU01随机性测试。通过结合混沌迭代和密文反馈的方式,使得混沌加密序列与明文关联,从而提高了抵御明文攻击的能力。同时,采取混沌序列并行加密方式以提高运行效率。另一方面,在2019年,再次对该算法进行密码分析,分别根据已知明文攻击、选择明文攻击和选择密文攻击,指出其中存在的若干漏洞。最后,结合前面几章所分析算法的缺陷,进一步给出了一些安全性能方面的改进建议。