基于一维混沌映射的高效图像加密算法

随着多媒体技术的发展,基于数字图像的应用日益普及,图像本身的安全问题及图像所有者的隐私问题愈发严重。不同于文本数据,数字图像作为一种二维数据,其数据量大,冗余度高,像素间相关性强,将传统的一维数据加密方法直接应用于图像加密中难以达到加密的效果。当前,基于混沌理论的加密方法是图像加密领域的主流方法之一,其往往采用置乱-扩散的经典结构,利用所生成混沌序列的高随机性保证加密结果的安全性,同时具备较高的加密效率。然而,为了进一步增强加密算法的安全性,此类方法提出了大量复杂的混沌映射,如超混沌、多级混沌等,但它们的计算复杂度较一维混沌映射有了大幅增加。对此,文中设计了一种高效的一维复合混沌映射SPM,其将Sine映射和PWLCM映射结合,扩大了混沌映射的范围并保证了结果的遍历性,在不降低安全性的前提下极大地提升了混沌序列的生成效率;基于此,提出了一种新型结构下的高效图像加密算法,该算法仅需一轮置乱-扩散-置乱过程即可完成图像的加密,相较于传统方法减少了加密的轮数,进一步提升了加密的效率。实验表明,所提方法能够有效抵御选择明文/密文攻击,相较于已有算法,加密效率平均提升了约58%,具备较强的实用性。     

超混沌系统和AES结合的图像加密算法

针对传统AES（高级加密标准）加密算法存在密钥空间小、固定不变等缺点,提出了一个新的超混沌系统和AES结合的图像加密算法。该算法首先利用超混沌Qi系统产生超混沌序列,截取混沌序列作为AES加密算法的目标密钥,且截取过程中引入了明文图像像素的平均值作为参数,以适应明文图像的变化。然后,将目标密钥代入AES加密算法进行两轮循环加密,且每轮加密过程中的S盒和轮密钥由混沌序列产生,增强了密钥的随机性。仿真实验结果表明,该算法能够很好地结合两者的优点,达到很好的加密效果。     

改进Henon超混沌系统与AES结合的图像加密算法

针对近年来AES（Advanced Encryption Standard）加密算法在图像加密领域应用中存在的一些缺点,提出了一种基于改进Henon超混沌系统与AES结合的图像加密算法。该算法首先利用四维Henon超混沌系统产生超混沌序列,通过引入明文图像像素的相关特性作为参数来截取超混沌序列作为BP神经网络的训练样本,训练后得到的非线性混沌序列作为AES加密算法的目标密钥。将目标密钥代入AES加密算法进行两轮循环加密得到密文,且每轮加密过程中都会由混沌序列产生新的S盒和轮密钥,大幅度提高了密钥的随机性。仿真实验结果表明,该算法能够很好结合三者的优点,安全性非常高。     

结合m-序列扰动的复合混沌加密算法

在分析了混沌系统的特性后,本文提出使用Cubic映射复合Logistic映射并结合m-序列扰动的混沌加密算法。该算法使用了两种不同的一维混沌映射,从而提高了密钥空间和算法的安全性,通过使用m-序列扰动降低了退化周期。分析表明,该算法易于实现、加密速度快、保密性好。     

一种基于混沌映射与S盒的Feistel结构图像加密算法

计算机网络的发展和数字信息的多样化对信息保密技术提出了新的要求,人们在已有的加密算法的基础上开始着手研究新的加密方法以满足不同类型数据的保密要求.针对图像数据将分组密码学中的交替结构首先引入到基于混沌映射的图像加密系统中,采用混沌映射进行像素的置换和扩散,将动态S盒用于像素替代,两种操作交替执行.在每一轮加密中,通过简单的密钥扩展产生多个子密钥,分别用于不同的子加密过程.最后,理论分析和仿真结果表明,该加密算法具有严格的雪崩效应,且扩散性能和扰乱性能理想,能够有效地抵抗差分、统计分析和选择性明文攻击.     

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

为了解决彩色图像加密算法中密钥与明文图像不关联的安全性不足以及CAT映射成立条件的问题,提出一种基于改进的CAT置乱系统与Henon_Kent混沌扩散系统的彩色图像自适应加密算法。该算法首先利用明文图像特征信息生成密钥;然后通过改进的CAT置乱系统对图像进行像素位置的三维置乱,再将Henon_Kent混沌系统所产生的三个混沌序列分别对RGB三个通道的像素灰度值进行扩散;重复以上两个步骤,以密文图像的信息熵大于7.99为结束条件。仿真表明该算法能够抵抗现有的攻击方法,具有较强的加密性能。     

基于复合混沌动力系统的图像加密算法设计

本文通过对部分数字化混沌图像加密算法的分析研究,设计了一个基于复合离散混沌动力系统的对称图像加密算法。该对称图像加密算法充分利用混沌变化的特性,以Logistic映射和Chebyshev映射生成的混沌序列为初始序列,结合对图像的切割、拉伸、折叠变换,充分打乱图像像素间的相关性,使得针对这两个混沌映射的现有分析方法不再有效,并且可以实现较高的加密速度。实验结果证明了算法的有效性和计算速度。     

基于多维混沌系统的图像加密算法

针对目前低维混沌系统容易遭遇分割攻击的问题,提出一种基于多维混沌系统的图像加密算法。以Arnold、Ushiki及3D Lorenz为基础,采用多轮混淆变换和单轮扩散变换研究不同维的混沌映射,包括对图像像素置乱、密钥流生成以及加密操作符选择运算。实验结果表明,该算法能获得良好的加密效果,具有较高的安全性能及较强的抗攻击能力。     

一类广义混沌映射和矩阵非线性变换的图像混合加密

目的 为完善图像加密的理论及算法体系,并为图像加密实践提供性质优良的可行方案。基于Henon映射,构造了一类广义混沌映射：H-S（Henon Sine）映射,并以H-S混沌映射、矩阵非线性变换、矩阵点运算和取整运算为工具,运用序列重排和灰度变换技术设计了一种图像混合加密算法。方法 首先,将第1混沌密钥矩阵与像素矩阵进行非线性变换,通过对变换结果的随机排序,给出原始图像的置乱加密方法;其次,在置乱图像和第2混沌密钥矩阵之间实施与第1阶段参数不同的变换并应用取整运算实现灰度加密。再次,通过逆运算和逆变换实现图像解密。结果 由于混沌密钥、非线性运算和随机因素的联合作用,加密算法具有1次1密的特征,因而具有完备的抗攻击性能;同时算法结构简单、计算复杂度低而便于程序实现;算法规避了常用混沌加密对映射的可逆性要求,对任意大小的矩形图像都有效,具有广泛的适用性。结论 加解密仿真实验验证了算法的可行性和有效性,针对加密时间、图像灰度曲面、图像信息熵、加解密图像的相关性和相似性、密钥敏感性、差分攻击等展开全面的加密性能分析,佐证了加密方案的安全性和鲁棒性。同其他类型的置乱加密算法的比对佐证了算法的优越性。本文算法为任意大小的矩形灰度图像加密提供了参考方案,此方案经过适当调整即可应用于矩形彩色图像加密。     

基于小波系数混沌调节的图像加密算法

研究适用于JPEG2000标准的图像加密技术。首先给出了两个混沌映射,并分析了其统计特性;为实现基于质量可控的图像加密,构建了加密的视觉质量控制模型;在此基础上,通过对随机选取的最粗级小波近似系数进行深度可控的混沌调节,实现了图像加密;最后,对加密算法进行了有效性分析。用实验结果验证了该算法是可靠、安全、高效并对JPSEC是实用的。     

A novel image encryption algorithm based on piecewise linear chaotic maps and least squares approximation

In this paper, we propose a novel image encryption algorithm based on chaotic maps and least squares approximations. The proposed algorithm consists of two main phases, which are applied sequentially in several rounds, namely a shuffling phase and a masking phase. Both phases are based on 1–dimensional piecewise linear chaotic maps and act on the rows/columns of the input plain image. Least squares approximations are used to strengthen the security of the proposed algorithm by providing strong mixing between the rows/columns of the image. Simulation results show that the proposed image encryption algorithm is robust against common statistical and security attacks. We present thorough comparison of the proposed algorithm with some existing image encryption algorithms.

     

对改进的基于DNA编码和混沌的图像加密方法的安全性分析*

混沌密码系统已展现了许多非传统密码系统所具有的优良特性,基于混沌的加密算法层出不穷,同时对混沌密码系统进行安全性分析对混沌密码的发展具有重要意义。对一种改进的基于DNA编码和混沌映射的图像加密方法进行了安全性分析,该算法的核心思想是明文图像的DNA编码矩阵与混沌映射产生的随机矩阵的DNA编码矩阵求和,然后再对这个和矩阵中的元素随机求补即得密文图像。运用选择明文攻击的方法,破解了该算法中的等效密钥,从而利用等效密钥再解密出目标明文。理论分析和实验结果验证了本文选择明文攻击策略的可行性。简要讨论了提高该密码算法安全性的一些改进措施。     

一种基于混合反馈的混沌图像加密算法

针对现有基于混沌分组密码的图像加密算法中,扩散函数扩散速度慢、需要多轮迭代才能抵抗差分攻击的缺点,提出了一种新的基于密文和输出混合反馈的混沌图像加密算法。该算法利用密文扰动混沌系统的初始值,既改善了数字混沌的退化,又能使扩散函数具有非常快的扩散速度。经过实验验证,该算法只需正反两轮迭代,就能达到较高的安全性和较快的加解密速度。     

基于混沌的水下传感器网络分组加密算法

 由于水声信道是一个开放的环境,水下传感器网络很容易受到各种攻击和威胁。为了解决水下传感器网络面临的安全性问题,本文提出一种基于混沌理论的分组加密算法。算法采用16轮Feistel结构对分组进行加解密,加密轮函数通过双混沌方程构造,轮密钥则通过单一混沌系统生成。通过分析,该算法满足安全性要求。仿真结果表明,相比DES和AES加密算法,该算法消耗比较低的资源,适用于水下传感器网络。     

双混沌映射的图像加密技术

为了提高图像加密算法的安全性和高效性,提出了一种分段Logistic混沌映射与Cat映射相结合的双混沌系统。首先由改进后的Logistic映射确定选用哪种映射进行迭代,从而确定混沌密钥,最后对算法的安全性进行分析。实验结果表明,该算法的密钥空间较大,并具有较高的初值敏感性和抗攻击能力,是一种新的有效的图像加密算法。     

A secure image encryption based on spatial surface chaotic system and AES algorithm

We propose a secure image encryption method using the combination of spatial surface chaotic system(SSCS) and the improved AES algorithm structure. In this scheme, the key of cryptosystem is obtained from the SSCS, this system has better encryption characteristics and its model structure fits the image exactly, and it is designed for image cryptosystems contrasted with the existing a lot of low-dimensional chaotic maps and couple map lattices. The plain image is encrypted with the improved AES algorithm and by performing each round encryption, the key is generated by SSCS in each round, an improved permutation algorithm(IPA) and a reverse diffusion have been presented. The proposed scheme not only improves the efficiency because of the same key stream is shared, but also increases the diffusion effect which can resist differential attack. The presented scheme provides huge key space to deal with the brute-force attacks using the round keys obtained by SSCS, and also very sensitive to initial values of SSCS and plain image. The results of simulation analysis and performance evaluation show that the presented cryptosystem provides strong security performance and may be used as a candidate for real-time implementations.

     

混沌随机全排列置换加密算法及应用

提出了一种基于混沌的确定性随机全排列生成方法,利用该方法设计了一种高强度的通用置换加密算法。该加密算法可以作为一个通用模块加入到其他密码系统中,以提高密码系统的强度和安全性,并应用到图像和文本数据加密中。实验和测试显示,该算法的置乱效果显著,加解密速度快,是一种良好的通用置乱方法。     

一种基于改进的混沌猫映射的图像加密算法

混沌系统对初始条件和混沌参数非常敏感，生成的混沌序列具有非周期性和伪随机性的特性，近年来在图像加密领域中得到了广泛的应用。该文提出了一种基于改进的混沌猫映射的图像加密算法，该算法利用混沌猫映射和扩散函数相结合来对数字图像进行置乱加密。改进后的混沌猫映射不仅可以基于像素点进行空间域的变换加密，而且可以基于色度域进行变换加密，从而可以有效地抵抗统计攻击。实验结果表明，提出的算法能够得到令人满意的加密效果。     

Algebraic break of image ciphers based on discretized chaotic map lattices

In this paper, we provide an algebraic cryptanalysis of a recently proposed chaotic image cipher. We show that the secret parameters of the algorithm can be revealed using chosen-plaintext attacks. Our attack uses the orbit properties of the permutation maps to deduce encryption values for a single round. Once a single round encryption is revealed, the secret parameters are obtained using simple assignments.     

基于多个Logistic映射的分组加密算法

分析了设计加密算法时应该注意的问题，并在此基础上，提出了一种基于多个logistic映射的分组加密算法。该算法中使用了多个混沌映射，有效地扩展了其密钥空间。加密过程中，子密钥序列以密文反馈和从混沌映射中抽取数据相结合的方式产生，这使子密钥序列在保持良好的均匀分布和随机统计特性的同时，还与明文相关，有效地增强了算法的安全性。理论分析和模拟试验表明，该加密算法具有加密速度快，保密性好等优点。