基于超混沌映射的位平面彩色图像加密算法

格式：pdf
大小：2.18 MB
文档页数：15

下载文档原格式

一种新的基于超混沌映射的彩色图像加密算法

Ｃｈｅｎ ’ Ｓｈｙｐｅｒｅｈａｏｔｉｃｓｙｓｔｅｍａｒｅｕｓｅｄｔｏｓｃｒａｍｂｌｅｔｈｅｐｉｘｅｌｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｅａｃｈｃｈｎｎａｅ１．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｅｖｅｒｙｃｈａｎｎｅｌｉｓｅａｒｉｅｄｏｕｔｔｈｅｂｉｔ — ｐｌａｎｅｄｉｓｐｌａｃｅ－
中图分类号
ＴＰ３０９
文献标识码
Ａ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３８６ｘ．２０１３．０８．０８５
ＡＮＥＷＣＯＬＯＵＲＩＭＡＧＥＥＮＣＲＹＰＴＩｏＮＡＬＧＯＲＩＴＨＭＢＡＳＥＤｏＮＨＹＰＥＲＣＨＡｏＴＩＣＭＡＰＰＩＮＧ
位平面置换和按位取反操作来实现像素值的扰乱，最后重组位平面及３个颜色通道即可获得加密图像。模拟仿真和安全性分析表明，提出
的图像加密算法加密效果较好，具有较大的密钥空间、对密钥具有较强的灵敏性，并且可以抵抗穷举攻击以及统计攻击。
关键词图像加密超混沌位平面置换按位取反安全性
ｉｍａｇｅｉｓｄｅｉｒｖｅｄｆｒｏｍｒｅｅｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｂｉｔ — ｐｌａｎｅｓｎｄａｔｈｒｅｅｃｏｌｏｕｒｃｈａｎｎｅｌｓＲ，ＧａｎｄＢ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｅｃｕｒｉｔｙａｒｒａｌｙｓｉｓａｌｌｓｈｏｗｔｈａｔｏｕｒｉｍａｇｅｅｎ — ｃｒｙｐｔｉｏｎａｌｇｏｉｔｒｈｍｈａｓｇｏｏｄｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ，ｂｉｇｇｅｒｋｅｙｓｐａｃｅ，ｈｉｇｈｅｒｋｅｙｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｃａｎｒｅｓｉｓｔｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｉｖｅａｔｔａｃｋａｎｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｔｔａｃｋ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＩｍａｇｅｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎＨｙｐｅｒ — ｃｈａｏｓＢｉｔ — ｐｌａｎｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔＢｉｔｗｉｓｅｎｅｇａｔｉｏｎＳｅｃｕｒｉｔｙ

基于混沌系统的彩色图像加密算法

空间大、对初值敏感及随机性好等特点，把混沌系统应用于图像加密已成为目前研究的热点。其中，Lorenz系统是最为经典的混沌系统，得到广泛的应用和推广。但是同时有大量理论研究证明了低维混沌系统产生的伪随机序列存在安全性缺陷，因此提出了一些改进的混沌系统对图像加密可以对图像像素直接进行置乱扩散，也可以对图像像素的RGB三分量进行加密,47。
摘要：为提高图像加密算法的安全性，提出一种将改进的Lorenz混沌系统应用到彩色图像的加密方案，同时考虑RGB 三分量之间的相互关联。提取彩色图像的rgb三分量并分块，将混沌系统产生的伪随机序列转换为明文相关的密m序列和动态置乱序列，明文发生微小改变密胡流序列也会完全不同；对R分量实现块置乱和像素点逐一置乱，对G& B分量分别进行迭代扩散；对已加密的三分量进行前向和后向扩散。仿真和安全性分析结果表明，该算法具有可行性、较高的安全性和密钥敏感性。关键词：混沌系统；图像加密；RGB三分量；置乱扩散；前向后向扩散中图法分类号：TP309. 7 文献标识号：A 文章编号：1000-7024 （（019） 07-1816-07 doi： 10. 16208/j. issnl000-7024. 2019. 07. 003
Abstract： To improve the security of image encryption algorithm, the improved Lorenz chaotic system was applied to the encrypionschemeofcolorimage&andOhecorrelaionamongOheRGBOhreecomponenOswasalsoesOablished.TheRGBOhreecomponenOs of color image were exOracOed and par i ioned.The pseudo-random sequences generaOedOhroughOhe chao ic sysOem were converOed inOo plainOex-relaOedkey sequences and dynamic scrambling sequences.If a iny change happens in plainOexO&key sOreamsequencewilbecompleOelydiferenO.ThedynamicscramblingsequenceswereusedinOheblockscramblingandOhepixel poinOvaluedisorderofOheRcomponenOs.TheplainOex-relaOedkeysequenceswererespecivelyusedinOheieraivedifusionof OheG&BcomponenO.TheOhreeencrypOedcomponenOsweredisOribuOedbyforwardandbackwarddifusion.Throughsimulaion andsecuriyanalysis&OheresulsverifyOheviabiliyofOhealgorihm&whichshowsishighkeysensiiviyandsecuriy. Keywords：chaoicsysOem#imageencrypion#RGBcomponenO#scramblinganddifusion#forward-backwarddifusion

基于混沌系统的彩色图像加密算法研究的开题报告

基于混沌系统的彩色图像加密算法研究的开题报告一、选题背景和意义随着信息技术的快速发展，信息交流和数据传输已成为我们日常生活的重要组成部分。

但是，随着信息技术的快速发展，互联网的普及和信息技术的普及，人们对数据的安全性越来越关注。

特别是在医疗、金融、政府和其他领域的重要数据保护中，安全性已经成为一项不可或缺的指标。

信息安全的核心之一是数据加密。

通过加密，数据传输和存储变得更加安全，第三方攻击者无法读取数据。

现有的加密方法包括对称加密和非对称加密。

实施对称加密需要保护密钥，而非对称加密的公钥和私钥都可能被黑客破解。

因此，基于混沌系统的加密方法已经成为了研究的热点。

本文旨在通过分析混沌系统，探讨基于混沌系统的彩色图像加密算法，增强数据安全性。

二、研究内容和方法1. 研究彩色图像的基本加密原理和加密算法，并分析其优点和不足之处。

2. 概述混沌系统及其重要性，并介绍混沌系统用于加密的机制。

3. 利用混沌系统和彩色图像的特征设计基于混沌系统的彩色图像加密算法。

4. 对所提出的算法进行实验验证和安全性分析，与其他常用加密算法进行比较。

三、预期研究成果1. 详尽探讨彩色图像的加密原理和加密算法，明确其优点和不足之处。

2. 介绍混沌系统用于加密的机制，加深对混沌系统的了解。

3. 提出一种基于混沌系统的彩色图像加密算法，并通过实验验证其安全性和实用性。

4. 为数据加密提供一种新的思路和方法。

四、论文结构第一章绪论1.1 选题背景和意义1.2 主要研究内容和方法1.3 预期研究成果第二章彩色图像加密算法的基础知识2.1 彩色图像的表示方法2.2 彩色图像的加密原理2.3 常用彩色图像加密算法第三章混沌理论和混沌系统3.1 混沌理论的基本概念3.2 混沌系统和混沌映射3.3 混沌系统在加密领域的应用第四章基于混沌系统的彩色图像加密算法设计4.1 基于混沌系统的彩色图像加密算法的原理4.2 基于混沌系统的彩色图像加密算法的实现4.3 加密算法的安全性分析第五章算法实验验证和结果分析5.1 实验环境和数据集5.2 算法实验验证5.3 结果分析和比较第六章总结与展望6.1 已取得的研究成果6.2 存在问题和展望参考文献。

基于混沌理论的图像加密算法设计与实现

基于混沌理论的图像加密算法设计与实现基于混沌理论的图像加密算法设计与实现摘要：随着信息技术的发展和普及，图像在各个领域扮演着越来越重要的角色。

为了保护图像数据的安全性和机密性，图像加密技术成为研究的热点之一。

混沌理论以其高度的不可预测性和不确定性，成为图像加密领域的重要工具之一。

本文基于混沌理论，设计了一种新的图像加密算法，并对其进行了实现。

结果表明，该算法在加密图像的同时，能够保护图像中的信息不被恶意攻击者获取。

关键词：混沌理论；图像加密；信息安全1. 引言图像加密技术是信息安全领域的重要研究内容，它在保护图像数据的安全性和机密性方面发挥着重要作用。

随着计算机技术的不断发展，传统的加密算法逐渐暴露出一些不足之处，例如加密速度慢、加密强度不高等。

混沌理论以其高度的不可预测性和不确定性，成为图像加密领域的重要工具之一。

本文基于混沌理论，设计了一种新的图像加密算法，并对其进行了实现。

2. 混沌理论的基本原理混沌理论是一种描述非线性动力学系统行为的数学理论。

混沌过程具有高度不可预测性和不确定性，其输出表现出一种看似随机而实际上具有确定性的行为。

混沌理论广泛应用于密码学领域，可以产生高度随机的密钥序列。

3. 图像加密算法的设计本文设计的图像加密算法主要包括三个步骤：密钥生成、混沌映射和像素置换。

其中，密钥生成通过混沌映射生成高度随机的密钥序列。

混沌映射是基于混沌系统的一种映射算法，可以产生类似随机数的序列。

像素置换是通过对图像像素的位置进行重新排列来实现加密过程。

具体算法的设计步骤如下：步骤1：密钥生成选择合适的混沌系统，并设置初始值。

通过迭代计算，得到一系列具有高度随机性的密钥序列。

步骤2：混沌映射将生成的密钥序列应用于需要加密的图像。

通过对每个像素值进行异或操作，实现加密过程。

步骤3：像素置换对加密后的图像进行像素位置的重新排列。

可以采用一定的规则，如置换矩阵或者混沌映射算法进行像素位置的调整。

4. 图像加密算法的实现本文采用MATLAB编程语言实现了基于混沌理论的图像加密算法。

基于超混沌系统的位级自适应彩色图像加密新算法

基于超混沌系统的位级自适应彩色图像加密新算法
柴秀丽;甘志华
【期刊名称】《计算机科学》
【年(卷),期】2016(043)004
【摘要】提出一种采用超混沌系统的自适应彩色图像加密算法,在位级进行加密.首先利用陈氏超混沌系统产生的混沌序列对原始彩色图像的R、G、B分量图像进行置乱和扩散,采用自适应加密方法,用高四位的二值图像信息去加密低四位,再用加密后的低四位信息去加密高四位;接着将加密后的三基色分量图像横向排列组合联合加密,降低了三基色分量之间的相关性.加密算法使得密文与明文、密钥之间的关系复杂化,部分密钥依赖于明文,使得算法对明文敏感.对密钥空间、密钥敏感性、直方图、相关性、信息熵、明文敏感性进行测试和分析,结果证明了加密算法安全有效,在图像保密通信中具有较大的应用潜力.
【总页数】6页(P134-139)
【作者】柴秀丽;甘志华
【作者单位】河南大学图像处理与模式识别研究所开封475004;北京理工大学计算机学院北京100081;河南大学软件学院开封475004
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于超混沌系统的彩色图像加密新算法 [J], 柴秀丽;李伟;史春晓;赵鑫
2.一种基于时空混沌系统的彩色图像自适应位级加密算法 [J], 柴秀丽;甘志华
3.基于超混沌系统的自适应图像加密算法 [J], 李伊林
4.基于改进的CAT置乱与Henon_Kent混沌系统的彩色图像自适应加密算法 [J], 谢国波; 陈志伟
5.基于三维超混沌系统的彩色图像加密算法 [J], 赵怀勋;程甲
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于混沌映射的图像加密算法性能研究

基于混沌映射的图像加密算法性能研究混沌映射是一种不可预测的动态系统，其输入和输出之间的关系呈现出复杂的非线性特征。

近年来，随着计算机技术的进一步发展，混沌映射在信息安全领域中得到了广泛的应用。

图像加密是信息安全领域中的一个重要研究方向，而基于混沌映射的图像加密算法正成为研究热点。

本文将就基于混沌映射的图像加密算法的性能进行研究与探讨。

1. 混沌映射及其应用混沌系统是一类包含非线性和随机性质的系统，它们的行为是难以预测的。

混沌映射则是指一种以某一初始状态为输入，不断迭代产生新状态的映射。

混沌映射具有随机性和非线性特征，可被应用于密码学、图像加密等领域。

基于混沌映射的加密算法具有不可预测性、鲁棒性、高效性等优点，近年来得到了广泛的应用。

2. 图像加密算法概述图像加密是指对原始图像进行特定方式的处理，以达到保密和安全传输的目的。

图像加密算法一般包括两个主要步骤，分别是加密与解密。

加密过程中，利用密钥从明文图像中生成加密的图像，使其难以被破解；解密过程则是通过相同的密钥将加密后的图像还原成原始图像。

图像加密算法需满足保密性、密钥安全性、抗攻击能力、加密解密速度等要求。

3. 基于混沌映射的图像加密算法基于混沌映射的图像加密算法运用了混沌映射的随机性和非线性特征，实现了对图像的可靠加密和解密。

该算法主要分为以下步骤：3.1 图像的分割首先，将原始图像分成若干个块，每个块都可看作一个矩阵。

分割过程可以按照不同的规则进行，例如按照列数、行数、指定像素、图像的灰度值等方式进行分割。

3.2 混沌映射接着，将每个块进行混沌映射加密。

混沌映射算法主要包括 Logistic 映射、Henon 映射、 Lorenz 映射等，具体采用哪种混沌映射算法可根据具体情况进行调整。

3.3 块加密将混沌映射产生的随机数以及密钥结合，采用异或运算或其它方式对每个分块进行加密。

该过程可以根据具体应用需求进行调整，比如可以采用加减运算、乘除运算等方式进行。

基于超混沌系统的彩色图像加密新算法

（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＰａｔｔｅｒｎＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ＨｅｎｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ４７５００４，Ｃｈｉｎａ）
ｃｈａｏｔｉｃｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｋｅｙｓｐａｃｅｉｓｓｍａｌｌａｎｄｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｉｓｎｏｔｈｉｇｈｅｎｏｕｇｈ，ｔｈｕｓｔｈｅｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ；Ａｉｍｉｎｇａｔｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｔｈａｔｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｅｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｌｇｏｉｒｔｈｍｓｍｏｓｔｌｙａｄｏｐｔａｌｏｗｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
Ｎｏｖｅｌｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｃｏｌｏｒｉｍａｇｅｂａｓｅｄｏｎｈｙｐｅｒｃｈａｏｔｉｃｓｙｓｔｅｍｓ
ＣＨＡＩＸｉｕ－ｌｉ，ＬＩＷｅｉ，ＳＨＩＣｈｕｎ－ｘｉａｏ，ＺＨＡＯＸｉｎ
ｔｈｅＲＧＢｔｈｒｅｅｂａｓｉｃｃｏｌｏｒｓｆｒｏｍｔｈｅｏｉｇｒｉｎａｌｃｏｌｏｒｉｍａｇｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｓｃｒａｍｂｌｅｐｉｘｅｌｓｐｏｓｉｔｉｏｎｕｓｉｎｇＬｏｒｅｎｚｃｈａｏｔｉｃ

基于混沌映射的彩色图像加密算法设计实现

对于需压缩的图像而言，由于置乱变换破坏了图像像素之间的相关性，会使压缩的效果变差。对
于ＪＥＰＧ彩色图像，其数据压缩算法是在频域进行的，们如果将频域加密算法与压缩算法结合进我行，不会增加太多的计算量。但对ＪＥ就ＰＧ而言，
２频域算法设计
２１是图像信息，传统的加密技术不考虑这些多媒体数据的特点，其作将
为普通数据流进行加密，因此在某种程度上有一定
的局限性。
本算法利用单向散列函数ＳＡ来生成ＬｇｓＨ１ｏｉ —
赵方舟。赵怀勋李
（中国人民武装警察部队工程学院。西安摘
双刘佳馨
］０７）５００
７０８（１０６）中国人民武装警察部队哈尔滨指挥学院哈尔滨
要算法使用Ｌｇｔｏｉｉｓｃ映射产生混沌序列。采用单向散列函数生成Ｌｇｔｏｉｉｓｃ映射的两个初始值，进行混沌迭代产
维普资讯
总第２１期２２００８年第３期
计算机与数字工程
Ｃｏｍｐｕｅｔｒ＆ＤｉｉｌＥｎｇｎｅｉｇｇｔａｉｅｒｎ
Ｖｏ．６Ｎ．１３ｏ３
８７
基于混沌映射的彩色图像加密算法设计实现
ｔ映射迭代初始值。Ｓ１函数是由美国国家标ｉｃＨＡ准和技术局和美国国家安全局设计的与ＤＳ一起Ｓ

基于混沌序列的DES彩色图像加密算法

李谦
（江万里学院，浙江宁波浙３５０）１１０
摘要：证明了ＤＳ异或运算的一个重要性质，结合混沌序列的优良特性提出了一种基于混沌序列和ＤＳ的彩ＥＥ色图像加密算法和解密算法。算法首先由ＵａｖｎＮｕａｎ映射生成加密的密钥，后对图像进行ＤＳ异或该ｌｍ— ０ｅｍｎ然Ｅ运算，到加密图像。密的过程就是需要得到与加密时相同的密钥，用ＤＳ异或逆运算的性质得到解密图像。得解利Ｅ实验结果表明该算法能够得到令人满意的结果。关键词：图像加密；ＤＳＥ；异或算法；混沌序列
第４期
结，并指出了进一步工作的方向。
１Ｄ密算法Ｓ加Ｅ
ＤＳ是１９Ｅ９７年美国国家标准局公布的一种加密标准，０年来一直活跃在国际保密通讯的舞台上，２扮演着十分出色的角色【ｉＤＳ加密算法首先通过置乱矩阵对图像进行置乱，ｌ２ＥｌＪ＿。然后通过加密位之间的异或运算以及同密钥之间的运算来对明文进行加密。密的过程是加密运算的逆过程。Ｅ解ＤＳ过程可用数学
中图分类号：ＴＰ９．１２１４文献标识码：Ａ文章编号：１７ —２５２１０６１２０（００）４一ｏ６ｏ６—０５
近年来，随着个人计算机、宽带网络、讯、通多媒体技术的综合发展，们都不再拘泥于通过文本或语人音来进行交流，是希望使用图像、而视频等多媒体形式交换信息，随时随地做更好的沟通。这些图像数据信息不但涉及个人隐私，而且有的涉及到国家安全，因而图像数据的保护越来越受到社会的普遍重视。目前已经有很多文献提出了针对数字图像的加密方法【。图像加密算法主要是在空间域和频率域进行的。间域算法的优点是能够充分利用图像数据流的点阵特征使算法更直观，空实现比较简单，加密过且程中不会引入额外的图像畸变。另一方面，间域的局部随机置乱效果不是很好，空因为传统的图像置乱算法，如基于几何运算的排列变换，虽然使密文块看起来是随机的，这些排列算子通常是事先确定好的，但与密钥无关．这是一个明显的缺陷。选用混沌序列会使安全性有较大改善。基于混沌序列的算法中，在以密钥作为参数．数能惟一地确参

基于混沌序列的彩色图像量子加密方案

以 n = 256ω = 20μ = 4a = 0.3x(0) = 0.32 为
例，四种混沌映射序列如图 1 所示。
中，该图像可描述为下式。
I(θ) = 1n
2
22n - 1
åk
k=0
⊗ (cos θ k 0 + sin θ k 1 ) （1）
(c kR ´ 216 + cGk ´ 28 + c kB) π
3.2
图像，根据 FRQI 描述，R、G、B 三通道的颜色值只需
1 个量子比特描述。以一幅 2n ´ 2n 的彩色图像为
例，描述整幅图像只需要 2n + 1 个量子比特。
4.1
量子图像的制备
为便于描述 I(θ) 的准备过程，下面给出量子
logistic 映射
Logistic 映射是研究动力系统、混沌、分形等复
一个二维混沌映射，其广泛运用在混沌加密系统
中，在混沌扩频码的产生、混沌加密系统构造和混
(
H = 1 1 1
2 1 - 1
æ cos θ k - sin θ k ö
R k (θ k ) = ç
÷
è sin θ k cos θ k ø
口模型，是在一定地域范围内，统计昆虫数目时得
x(n + 1) = μ x(n)(1 - x(n))
x(n + 1) = f [x(n)] = cos{ω arccos[x(n)]}
彩色图像的量子加密方案
对于三基色颜色值范围 {01 255} 的彩色
（3）
其中整数 ω 为模型的阶数，只有当 ω ³ 2 时，
模型呈现混沌序列，其值 -1 < x(n) < 1 。若取 0 为阈

基于混沌和位平面交换的彩色图像加密算法

Keywords
Chaotic System, Image Encryption, Skew Tent Map, Arnold Map
Copyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). /licenses/by/4.0/
基于混沌和位平面交换的彩色图像加密算法
梁杰涛，苏杰彬，王俊刚，叶瑞松*
汕头大学数学系，广东汕头
收稿日期：2021年4月3日；录用日期：2021年4月22日；发布日期：2021年4月29日
摘要
为了提高图像加密算法的加密性能和安全性，本文设计了一种新的基于混沌和位平面交换彩色图像加密算法。将彩色明文图像三颜色分量的高比特平面进行重构，并通过斜帐篷映射产生的伪随机序列，结合广义Arnold映射来进行位平面的置乱，将三颜色分量的高位平面的信息均匀分散到低位平面，有效降低高位平面之间的相关性。为了进一步提高加密算法的安全性和加密性能，算法使用实参数的广义Arnold 映射生成混沌序列，对置乱图像进行扩散操作。实验和安全分析表明，该加密算法具有较高的安全性和较好的加密性能。
Received: Apr. 3rd, 2021; accepted: Apr. 22nd, 2021; published: Apr. 29th, 2021
Abstract
To improve the encryption performance and security of image encryption algorithm, a novel color image encryption algorithm based on chaos and bit plane exchange operation is designed. The high bit planes of three color components for color plain image are reconstructed. The pseudo-random sequence generated by skew tent mapping is combined with generalized Arnold map to scramble the bit plane. The information of the high bit planes of the three color components is

基于混沌系统和DNA编码的彩色图像加密算法研究

基于混沌系统和DNA编码的彩色图像加密算法研究基于混沌系统和DNA编码的彩色图像加密算法研究摘要：随着信息技术的发展，图像加密算法在信息安全领域中越来越重要。

本文针对彩色图像加密，提出了一种基于混沌系统和DNA编码的新型加密算法，以提高图像的保密性和安全性。

首先，通过引入混沌系统来生成随机的扰动序列，并通过DNA编码对图像像素进行变换和重排，增加了加密算法的不可预测性。

然后，采用扩散和混淆的策略，对图像进行分组和混合操作，进一步增强了算法的加密强度。

实验结果表明，所提出的算法能够有效保护彩色图像的机密性和完整性。

关键词：彩色图像加密；混沌系统；DNA编码；扩散；混淆引言随着信息技术的飞速发展，网络通信和数字媒体技术得到广泛应用，图像数据的传输和存储变得越来越容易。

然而，图像数据的敏感性和机密性在信息交换和存储过程中也变得越来越重要。

因此，图像加密技术成为了信息安全领域中的热点研究方向之一。

目前，已经有许多图像加密算法被提出，其中包括基于混沌系统、遗传算法、人工神经网络等各种方法。

然而，这些算法多数针对灰度图像进行加密，并且存在加密强度不足以及加密效果不理想等问题。

因此，本文通过结合混沌系统和DNA编码，提出了一种基于混沌系统和DNA编码的彩色图像加密算法。

1. 混沌系统的引入混沌系统具有高度敏感依赖初值和参数的不可预测性，因此被广泛应用于密码学领域。

本文选择了混沌系统中的Logistic映射作为初值，通过迭代得到无法预测的随机数列。

将得到的随机数与原始图像像素进行异或运算，实现基本的图像扰动操作。

2. DNA编码的应用DNA编码作为一种强大的编码方式，具有高度的可靠性和安全性。

本文将混沌系统生成的随机序列作为DNA编码的输入，对图像像素进行DNA编码。

具体操作为，根据混沌系统生成的随机序列将图像像素值进行映射和变换，然后按照DNA编码的规则对像素值进行重排。

这种操作增加了加密算法的不可预测性，增强了图像的加密强度。

基于混沌系统的彩色图像加密新方案

ａｅｕｅｏｈｆｅｔｅｏｉｏｓｆｉｇｉｅｓｒｏｒｓｄｔｓｕｌｈｐｓｔｎｏｍａｅｐｘｌｉｆｍｒｗａｄｃｌｍｎｅａａｅｙＴｅｈｆｅｉｇｉｎｒｐｅａｄｅ — ｏｎｏｕｓｐｒｔｌ．ｈｓｕｌｄｍａｅｓｅｃｙｔｄ，ｎｎ
ＣｏｌｇｆＩｆｒｔｎＥｎｉｅｒｇ，ａｇｈｕＵｎｖｒｉＹａｇｈｕ，ｉｎｓ２０９，ｉａｌｅｏｎｏｍａｉｇｎｅｎＹｎｚｏｉｅｓｙ，ｎｚｏＪａｇｕ２５０Ｃｈｎｅｏｉｔ
好，全性更高安
关键词：沌系统；色图像；密混彩加
Ｄ：０７８．ｓ．０２８３．１．．７文章编号：０２８３（０１０．０００文献标识码：ＯＩ１．７／ｉｎ１０．３１０１３０３ｊｓ２０２１０．３ｌ２１）３０９ —４Ａ中图分类号：Ｐ０．Ｔ３９７
ｓａｅｏｅｖｒｉｈｓｇｏｆｃｎｉｈｓｃｒｈｏｇｈｆｉｇｉｇｉｅｆｄｆｒｎｅｅ（Ｇ，．ｐｃ．ｒｏｅ，ａｏｄｅｅｔａｄｈｇｅｕｉｔｒｕｈｓｕｎｍａｅｐｘｌｏｉｅｅｔｌｌＲ，）Ｍｔｙｔｌｓｖｓ
Ｅ－ｉ：ｙｍａｌｌ
＿
２００＠１３ｔｍ２５１６．ｏ
ＬＩＹｕｎ，ＵＺＨＥＮＧｎａ．ｖｌｅｃｙｔｎｃｅｅｆｒｏｏｉａｅｂａｅｎｈｏｉｙｔｍ．ｍｐｔｒＥｎｉｅｒｎｎＹｏｇｉＮｏｅｎｒｐｉｓｈｍｏｃｌｒｍｇｓｄｏｃａｔｓｓｅＣｏｏｃｕｅｇｎｅｉｇａｄ

基于超混沌模型的彩色图像自相关加密算法

基于超混沌模型的彩色图像自相关加密算法徐洁【摘要】With the development and popularization of computer network, the security of multimedia is becoming more and more important. In this paper,a self-related image encryption algorithm based on hy⁃per chaos model is proposed.The algorithm of the model is a mutation of Chen′s chaotic,which greatly ex⁃panded the key space of the encryption algorithm.When using use image autocorrelation encryption,the encryption algorithm can effectively resisting plaintext attacks. Experimental results show that this algo⁃rithm has good performance.%随着计算机网络的发展和普及，多媒体安全越来越受人们的重视。

在这种背景下提出了一种建立在超混沌模型下的自相关图像加密算法。

该算法的模型基础为chen混沌的一个变种，这大大扩展了加密算法的秘钥空间，在加密中使用图像自相关加密方式，使得加密算法可以有效的抵抗明文攻击。

实验结果表明，该算法具有优良的性能。

【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P412-416)【关键词】超混沌模型;图像加密;图像自相关【作者】徐洁【作者单位】山西金融职业学院计算机系，山西太原030008【正文语种】中文【中图分类】TP309近年来，随着网络增速越来越快，图像、视频等多媒体信息越来越成为计算机网络中最为广泛使用的信息载体之一.图像由于其大小适宜、载体信息丰富等特点，更是频繁的被人们作为传递消息的载体.然而，传统的加密算法被认为并不适合进行图像加密，因为传统的MD5或者SHA等散列函数的输出为一维的随机数序列，而图像加密需要与图像大小相同的密钥序列.国内外学者纷纷将目光投向如何根据图像本身的特点来设计图像加密算法上.混沌系统由于其拥有对初值的敏感性、遍历性好、不可预测性等优点，已经被广泛引用于图像加密.1989年，Matthews［1］提出了一种基于混沌的图像加密算法.然而由于低维的混沌系统存在动态特性简单、只有较少的初值参数、加密代码简单等缺点，科学家们渐渐将目光投向基于高维混沌系统的图像加密算法.由于超混沌系统有多个正的Lyapunov指数，它的动态行为更难被攻击者预测，因此应用它的加密算法可以拥有的更高安全性能.彩色图像携带有比灰度图像更加丰富的信息，因而成为图像中最为广泛使用的对象［2］，彩色图像越来越受学术界重视［3-7］.本文提出一种基于超混沌系统的彩色图像自相关加密算法，并对它进行了性能分析，实验证明它可以有效的抵抗明文攻击等攻击.本文所采用的超混沌系统为Chen′s模型［8］的一个变种，它的模型具体描述如下：其中：a，b，c，d为参数，当a=36，b=3，c=28，d=-16，-0.7≤k≤0.7时，该系统表现为超混沌状态.选取a=36，b=3，c=28，d=-16，k=0.2时，超混沌系统的吸引子如图1所示.它的Lyapunov指数分别是λ1=1.552，λ2= 0.023，λ3=0，λ4=-12.573.由于该超混沌系统具有两个正的Lyapunov指数，所以它的预测时间要比混沌系统［9］具有更短的预测时间，这证明它在加密算法中具有更高的安全性能.证明上述的超混沌系统具有随机性、非周期性、初值敏感性等混沌特性，所以它可以作为一个性能良好的伪随机数发生器.在自然界，色彩随处可见，图像的彩色信息也是图像的重要信息之一，彩色图像加密也越来越受学术界重视.我们在此基础和背景下提出一个彩色图像自相关加密算法.彩色图像是图像中每个像素由R、G、B分量构成的图像，其中R、G、B由不同的灰度级来描述，三基色模型是建立图像成像、显示的基础，就有十分重要的作用，如图2所示.在本文中首先将图像分解成RGB三个通道，如式（2）所示；然后分别对三个通道分别加密；解密时将各个通道组合起来来完成加密方案.假设原始图像的大小为M×N，则加密算法描述如下：1）首先读入原始图像，并按式（2）将其分解为RGB三通道分量，如图2所示. 2）针对每个分量，将分解为4等份，以R通道为例，将这4等份标记为R1、R2、R3、R4.以彩色图像Baboon为例，按图3所示.3）根据R1、R2、R3、R4的所有像素灰度值总和的大小确定这4等份的加密顺序，针对该图像，它的加密顺序为R1→R2→R3→R4.4）除R1外，自己初始值作为加密秘钥，其他图像块，以R2为例，将加密的图像块R2前一等份图像R1的加密图像的前4位灰度值作为超混沌系统（1）的初始值输入，产生混沌序列p.并将序列值转化为0～255的整数，如式（3）所示.式中，mod为模操作，floor为向下去整操作.最后将图像块与变换后的序列进行异或操作，如式（4）所示.5）将式（3）得到的序列P进行排序操作，可以得到一个位置序列，通过这个序列将异或后的图像块R1进行置乱操作，如式（5）所示.6）至此，完成了图像块R1的第一轮加密，按照同样的方式对其它图像进行加密. 7）重复步骤（4）～（6）完成R最终加密.通过相同的步骤，可以完成G通道分量和B通道分量的加密.图像的解密为图像加密的逆反操作.本文实验仿真所使用的平台为MATLAB R2013a，运行环境为Windows7，配置为Intel（R）Core（TM）i3-2370M CPU 2.40GHz 2GB RAM.本文所采用的图像为经典的测试图像Baboon，大小为360×360像素，如图4（a）所示.利用本文加密算法进行加密，加密结果如图4（b）所示，解密结果如图4（c）所示.从图4可以发现，经过本文加密算法的加密之后，在视觉上无法从加密图像中得到有效信息，并且解密算法可以完全解密，复原原始信息.下面对图像加密算法的性能进行分析.3.1 直方图分析直方图是检验图像加密算法安全性的一种重要手段，它可以有效反映加密算法针对灰度攻击的抵抗能力.在图5中列出了对Baboon在RGB三个通道的直方图分析. 从图5中可以看到，原图像的灰度值是集中在一起的，而加密后的图像的灰度值则是均匀而平滑的分布，这表明原始图像的统计特性已经被完全扩散到加密图像的平均分布中了，所以提出的算法具有良好的抗统计分析攻击的能力.3.2 相关性分析一个理想的加密方案产生的加密图像的相邻像素之间的相关性应该足够的低.使用式（6）分别从水平、垂直、和对角线方向分别计算三个颜色分量的相关性，计算结果如表1所示.从表1中可以看出，加密图像的相关性非常低接近于0，这表明加密算法可以大大提高图像的安全性.图6反映了Baboon和其密文图像的R、G、B分量在对角线上的相关性.从图中可以看出Baboon明文图像的像素比较集中，具有很强的相关性，而密文图像中像素值分布比较均匀，相关性较低.这表明该算法有较高的对抗统计攻击的能力.3.3 明文敏感性分析在明文图像中的一个小小的变化可以引起密文图像的差异，这种变化反映了明文图像和密文图像的某种程度的关系，这常常被攻击者用来进行明文攻击.有效安全的加密算法应该对明文敏感，明文图像的任何微小变动都会使得加密和解密后得到的图像有很大的差异.在一般情况下，两种常见的性能测试工具被用来测量这种微小变化带来的影响，即像素变化率（NPCR）和统一平均变化强度（UACI）.NPCR如式（7）和式（8）所示：其中：c1和c2分别表示明文图像经过微小变化前后经过加密算法加密而获得的加密图像，大小为m×n.UACI定义如式（9）所示：通过计算可以得到NPCR值为99.61%，UACI最终结果为33.4565%，这证明该算法可以对明文十分敏感，可以有效的抵抗明文攻击.3.4 秘钥敏感性分析一个性能良好的加密算法，当使用不同的秘钥对同一个对象进行加密时，得到的结果也应该不同；并且使用不正确的秘钥无法正确解密加密图像.图7（a）为使用key=0.4得到的加密图像，图7（b）为使用key= 0.25得到的加密图像，经过计算可得它们的NPCR值为99.60%，这表明它们是完全不同的；图7（c）为使用key=0.25来解密key=0.4的加密图像得到的结果，可以看出无法得到正确的解密图像.以上分析表明加密算法对秘钥是敏感的.随着计算机网络的发展和普及，多媒体安全越来越受人们的重视.本文针对传统的一维混沌系统的动态特性简单、只有较少的初值参数、加密代码简单等缺点，提出了一种建立在超混沌模型下的自相关图像加密算法.该算法在安全测试中表现良好，可以有效的抵抗明文攻击和统计攻击，相较于传统的混沌加密具有更加复杂的动态特性.【相关文献】［1］R Matthews.On the derivation of a chaotic'encryption algorithm［J］.Cryptologia，1989，13（1）：29-42.［2］余成波.数字图像处理及MATLAB实现［M］.重庆：重庆大学出版社，2003.［3］LIU F，WU C K，LIN K J.Colour visual cryptography schemes［J］.IET Information Security，2008，2（4）：151-165.［4］SHYU S J.Image encryption by multiple random grids［J］.Pattern Recognition，2009，42（7）：1582-1596.［5］王英，郑德玲，王振龙.空域彩色图像混沌加密算法［J］.计算机辅助设计与图形学学报，2006，18（6）：876-880.［6］RHOUMA R，MEHERZI S，Belghith S.OCML-based colour image encryption ［J］.Chaos，Solitons&Fractals，2009，40（1）：309-318.［7］HUANG C K，NIEN H H.Multi chaotic systems based pixel shuffle for image encryption［J］.Optics Communications，2009，282（11）：2123-2127.［8］GAO T G，CHEN Z Q，YUAN Z Y，et al.A hyperchaos generated from Chen′s system ［J］.Int J Mod Phys C，2006，17：471-478.［9］YANCHUK S，KAPITANIAK T.Symmetry-increasing bifurcation as a predictor of a chaos-hyperchaos transition in coupled systems［J］.Phys Rev E，2001，64：056235.。

基于混沌神经网络的彩色图像加密算法研究

Zou Peng, Liu Jinhong, Cai Bihan
(School of Computer Science and Information Engineering, Hubei University, Wuhan Hubei 430062, China)
Abstract: In order to understand the image encryption technology based on chaotic neural network more systematically, a simple study was carried out. Chaos and diffusion function are realized by the neural network. Using chaotic mapping as the transfer function of the neural layer, a CNN network is designed to confuse and diffuse a large number of adjacent image pixels in the same encryption cycle. Among them, the chaotic neuron layer achieves data diffusion, the linear neuron layer achieves data confusion, the two layers repeatedly enhance the cipher, and the decryption process is symmetrical with the encryption process. Compared with the existing image encryption methods, this encryption method aims to reduce the redundancy between adjacent image pixels and achieve higher perception security. Theoretical analysis and experimental results show that block cipher has good computational security and is more suitable for image encryption.

基于统一超混沌系统的彩色图像加密算法研究

Value Engineering0引言随着互联网的迅猛发展，大量的数字图像信息通过网络进行传输，数字图像的安全性问题逐渐引起了人们的关注。

混沌系统由于其优良特性，已被引入至密码学领域。

自英国数学家Matthews 提出混沌加密的思想以来[1]，现已提出了多种混沌图像加密算法，主要为图像位置置乱[2，3]、图像像素扩散[4]，以及位置置乱与像素扩散相结合[5]的三大类图像加密算法，但研究发现现有算法还有待提高：采用的混沌系统维数较低而造成的安全性欠缺、难以抵抗恶意穷举攻击；图像位置置乱与像素扩散两个过程完全独立，没有相互耦合嵌套；现有的位置置乱与像素扩散过程通常仅依赖混沌信号，没有建立与原始图像特征值的关联，从而导致混沌图像加密算法有待进一步深入研究。

本文利用混沌信号的优良性能，研究提出了一种新的彩色图像混沌加密算法，通过算法测试和性能分析发现，所提算法在直方图、密钥空间、密钥敏感性和相关性方面具有较强的保密性。

1彩色图像混沌加密算法1.1算法概述算法采用图像位置置乱（图像像素抽取、填放）与像素扩散相互嵌套的结构：首先将原始图像分解为R 、G 、B 三基色；然后利用外部加密密钥以及原始图像的特征值，根据自定义抽取规则进行数据抽取（置乱），分别得到R 、G 、B 基色像素序列；随后建立原始图像（内部密钥）与系统初值的关系，利用超混沌系统产生混沌信号，进行像素扩散运算；再将扩散后图像R 、G 、B 基色的像素值，根据自定义填放规则进行数据填放（置乱），得到三基色像素矩阵；最后将R 、G 、B 基色像素矩阵组合得到密文图像。

1.2统一超混沌系统统一混沌系统是Lorenz 系统、Chen ’s 系统和L ü系统的统一体，同时引入非线性控制器x 4和非线性时滞项函数，得到一个新型的统一超混沌系统，以产生混沌加密密钥流，其形式表示如式（1）：（1）其中a ，b ，c 和τ是系统参数，当a=0.9，b=0.3，c=3.1，τ=0.01时，系统具有混沌特性，其混沌吸引子见图1。

基于混沌理论的位变换图像加密算法

ｂａｓｅｄｏｎｃｈａｏｔｉｃｍａｐｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｅｖｅｒｙｐｉｘｅｌｐｏｉｎｔｃｏｕｌｄｂｅｅｎｃｙｐｒｔｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ，ａｎｄｈｅｔｉｍａｇｅｗａｓｅｎｃｙｐｔｒｅｄｂａｓｅｄｏｎｂｉｔ－ｓｈｉｔｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｒｏｗａｎｄｃｏｌｕｍｎ．Ｔｈｅｒａｎｄｏｍｏｆａｌｇｏｉｔｒｈｍｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｉｎｉｔｉａｌｖａｌｕｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｃｈａｏｔｉｃｍａｐ，ａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｗａｓｇｕａｒａｎｔｅｅｄ．Ｕｓｉｎｇｔｒｅｈｅｒａｎｄｏｍｓｅｑｕｅｎｃｅｆｒｏｍｔｈｒｅｅ・ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｃｈａｏｔｉｃｍａｐ，ｔｈｅｉｍａｇｅｗａｓｃｈｎｇａｅｄｍａｎｙｔｉｍｅｓｒｏｍｆｏｎｅ — ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｔｗｏ— ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ，ａｎｄｒｏｗａｎｄｃｏｌｕｍｎ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｈｏｒｔｏｕｇｈｌｙｄｉｓｔｕｒｂｔｈｅｉｍａｇｅ．Ｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｈｅｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｒａｐｉｄ，ｂｉｇｋｅｙａｎｄｓｅｃｕｒｅ．Ｆｏｒａ２５６Ｘ２５６ｉｍａｇｅ，ｔｈｅｅｎｃｒｙｐｆｉｏｎｔｉｍｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎＯ．１ｓｅｃｏｎｄ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃｏｕｌｄｎｏｔｏｎｌｙｂｒｅａｋｈｅｔｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｅａｃｈｐｉｘｅｌｂｕｔａｌｓｏｒｅｓｉｓｔｈｅｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｒａｙｌｅｖｅｌｈｉｓｔｏｇｒａｍ．

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

Keywords
4-D Hyper-Chaotic Maps, Bit-Level, Key Stream Generation
基于超混沌映射的位平面彩色图像加密算法
黎桠娟，叶瑞松*
汕头大学数学系，广东汕头
*Leabharlann 通讯作者。文章引用 : 黎桠娟 , 叶瑞松 . 基于超混沌映射的位平面彩色图像加密算法 [J]. 计算机科学与应用 , 2018, 8(9): 1382-1395. DOI: 10.12677/csa.2018.89150
Open Access
1. 引言
在现代的数字图像技术中，二维彩色数字图像扮演着越来越重要的角色。一副二维数字图像中携带着许多可视化的有意义的数据，如果秘密图像被泄露，落入不法犯罪分子之手，将会造成极大的信息安全问题，因此信息安全问题就显得非常重要[1]。数字图像具有数据容量大、冗余度高、相邻像素之间的相关性强等固有特征，这些特征使得大部分的传统文本加密经典算法如 DES (Data Encryption Standard)、 AES (Advanced Encryption Standard)等不再适用图像加密[2] [3]，研究人员利用不同的技术开发了许多图像加密系统，如 DNA 加密[4] [5]，混合图像加密[6]，利用小波，卷积变换等加密算法[7] [8]，在这些技术中，混沌理论应用的最为广泛[3] [4] [9] [10] [15] [16] [17]，这是因为混沌映射具有初始状态敏感性、不可预测性和遍历性，这些性质可以在图像密码系统中找到相似的性质。 1989 年，Matthews 首次提出基于混沌系统的加密方案[11]。1997 年，Fridrich 将混沌映射应用到图像加密系统[12]。1998 年，Fridrich 利用 2D 混沌系统提出置乱–扩散结构的图像加密方案[13]，在这种结构下，首先在置换过程中对像素位置进行扰乱，以减少相邻像素之间的强相关性。之后，在扩散过程中像素值逐一改变，后一个值与前一个值相关，前后扩散两轮，类似雪崩效应。现有的图像加密算法中，此结构占据很大部分[7] [8] [9] [10]。文献[14]，首次提出将图像滤波应用在图像加密算法中，首先基于图像块的置乱，扰乱图像像素的相关性，然后在扩散过程中，使用它提出的图像滤波器的方法，对置乱后的图像进行扩散，最后部分的仿真测试显示它比一般的图像加密方案要更优良。文献[15]，采用的是 2D henon 映射加密图像，打破了传统的置乱–扩散结构，它采用两点式置乱扩散同时进行，大大的提升了密码系统的速度，并且为了抵抗选择明文和已知明文攻击，它采用了根据明文生成密钥流的方式，即不同的原图将会产生完全不同的密钥流。文献[16] [17]，均采用 2D 映射，生成混沌序列，应用在加密图像中， [16]基于级联调制耦合(CMC)模型提出一种新的 2D Logistic ICMIC 耦合映射(2D-LICM)，比起参数较少，
(1)
其中 a, b, c, r 是系统 ( 1 ) 的参数，系统的初始值范围： x0 ∈ ( −40, 40 ) ， y0 ∈ ( −40, 40 ) ， z0 ∈ (1,81) ， 8 a 10, = b ,= c 28, −1.52 ≤ r ≤ −0.06 时， w0 ∈ ( −250, 250 ) ，这些初始值将被用来当作整个系统的密钥。当 = 3 (1)的 4 个 Lyapunov 指数依次为 λ1 = 0.3381 ，λ2 = 0.1586 ，λ3 = 0 ，系统处于超混沌状态，且当 r = −1 时，
关键词
超混沌4D映射，位平面，密钥流产生器
Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
A Novel Hyper-Chaos-Based Colorimage Encryption Algorithm Using Bit-Level Permutation and Diffusion
Yajuan Li, Ruisong Ye*
Department of Mathematics, Shantou University, Shantou Guangdong Received: Aug. 25 , 2018; accepted: Sep. 7 , 2018; published: Sep. 14 , 2018
黎桠娟，叶瑞松
收稿日期：2018年8月25日；录用日期：2018年9月7日；发布日期：2018年9月14日
摘
要
本文将4D Lorenz混沌映射应用在彩色图像加密中，并简要的分析了4D Lorenz混沌映射的动力学性质，基于这个映射，设计了一种位平面置乱和扩散的图像加密算法。在传统的置乱–扩散结构中，置乱和扩散一般是两个独立的部分，本文算法将位平面置乱和扩散同时进行。位平面置乱采用循环移位，扩散采用异或和取反操作。此外为了提高抵抗已知明文攻击和选择明文攻击的能力，与原文相关的SHA-256将应用在密钥流产生器中，因此不同的明文将产生完全不同的密钥流。最后对本文提出的加密算法进行了相关的性能分析，如密钥分析、敏感性分析、统计分析等等，基于所有仿真实验分析，本文所提出的算法，在数字图像加密中具有较好的性能。
th th th
Abstract
In this paper, a 4D Lorenz map is proposed using in cryptography. Performance evaluations show that it has hyper-chaotic behavior, wide chaotic range and large complexity. Based on this map, a novel image encryption algorithm is designed by employing bit-level permutation and diffusion. In traditional permutation-diffusion structure, the permutation and substitution generally are two independent parts. In this article, encryption algorithm is designed by employing bit-level permutation and diffusion simultaneously. The bit-level permutation is performed by circular shifting, and the bit-level diffusion is carried out by exclusive or (xor) and reverse operations. In addition, to achieve the better ability of resisting chosen-plaintext or known-plaintext attack, the substitution key stream generated using SHA-256 in our method is dependent on the plain image. Consequently, different plain images produce the distinct key stream for substitution. The simulation results and performance analysis show that the proposed image encryption algorithm is both secure and reliable for image encryption.
DOI: 10.12677/csa.2018.89150 1383 计算机科学与应用
黎桠娟，叶瑞松
轨道相对而言较简单的一维混沌映射，它的效果会更加优良，[17]介绍的是一种新的 2 维 Sine Logistic 模型映射(2D-SLMM)，它起源于 Sine 映射和 Logistic 映射，比起单独的两个映射，2D-SLMM 具有较宽的混沌范围、较好的遍历性和超混沌特性。与 1D 混沌映射相比，它们通常包含一个变量和几个参数，并且它们的轨道很简单，因此它们的参数和初始值相对而言容易地估计,当这些映射被应用在图像加密系统中，容易被破解[18]。另一方面，高维混沌映射具有更多的变量和参数，通常表现出良好的超混沌性质，更适合于加密。与像素平面置换相比，位平面置换不仅改变像素位置，而且改变像素值[16]，所以它拥有更好的加密效果，同时为了对抗选择明文和已知明文攻击，许多加密算法会提取图像的一些固有特征，如计算汉明距离，图像的 hash 值，图像的和等等，因此不同的明文，将会得到完全不同的特征[15] [19]。因此，根据上述分析总结，本文将利用高维的超混沌 Lorenz 系统，产生一系列混沌序列，基于这些序列，设计了一种位平面同时置乱—扩散的图像加密算法。位平面置乱采用循环移位，扩散采用异或和取反操作，并且设计了一个密钥产生器，更好的抵抗选择明文攻击和已知明文攻击。要分析了它的动力学性质。在第 3 节提出基于 Lorenz 图像加密算法。第 4 节，对本文提出的加密算法进的算法，在数字图像加密中具有较好的性能。最后在第 5 节给出了本文的总结。本文的结构如下，在第 2 节，介绍超混沌 Lorenz 系统，给出了它的混沌吸引子与lyapunov图形，简
行了相关的性能分析，如密钥分析、敏感性分析、统计分析等等，基于所有仿真实验分析，本文所提出