基于混沌映射和DNA编码的图像加密算法

为了有效改进图像的加密效果及安全性,在对已有的图像加密算法进行分析的基础上,提出基于混沌映射的位变换和DNA序列的图像加密算法。首先,采用混沌映射生成置乱序列对图像在位平面进行置乱,同时达到了图像置乱和扩散的双重加密效果。然后,利用DNA编码规则,对置乱后的图像编码,进行DNA运算,实现图像的扩散。实验结果表明,该算法密钥空间足够大,密钥敏感性较强,具有较好的安全性。     

数字图像的通用加密算法

为了实现对数字图像信息的有效保护,提出了一种通用的数字图像加密算法.通过密钥产生一维混沌序列并排序,以排序后的序列的各数值的原来索引为序列,把图像像素移位到相应的序列位置,便实现像素位置置乱加密.通过自定义随机加密函数与图像像素异或运算实现像素值变换置乱加密,应用评价指标对加密效果和安全性进行分析.理论分析和实验结果表明,该算法密钥空间大,具有较好的加密效果和加密效率,并对统计分析具有较好的安全性和较强的抗剪切攻击能力.     

对一种基于比特置乱的超混沌图像加密算法的选择明文攻击

最近,一种基于比特置乱的超混沌图像加密算法被提出,其核心思想为:首先,用混沌序列对明文图像进行像素置乱操作;然后,根据一个随机序列中相邻两个元素的大小关系对像素进行不同的比特位置乱;最后,把经过比特置乱后的序列与另一个混沌序列进行扩散、混淆运算得到最终的密文图像,从而使明文图像达到更好的加密效果。对该加密算法进行了安全性分析,发现该算法的安全性完全依赖于3个混沌序列,通过选择明文攻击依次破解出原算法中的3个混沌随机序列,恢复出了明文图像。理论分析和实验结果验证了所选择明文攻击策略的可行性,同时对该算法进行了改进,在改进算法中混沌系统的初始值与明文图像的SHA-256哈希值有关,从而使得密钥流与明文图像相关,因此算法可以抵抗选择明文的攻击。     

基于多维混沌系统组合的图像加密新算法

提出了基于多维混沌系统同时对图像像素位置置乱和像素值加密的新算法。利用广义Arnold映射对图像像素位置进行置乱；利用三维Liu混沌系统产生的混沌序列得到整数密钥序列，对置乱图像像素值逐个进行加密。实验表明这种加密算法具有密钥空间大、安全性高的优越性，加密图像像素值具有类随机均匀分布特性，相邻像素具有零相关特性。     

基于图像像素值改变和位置置乱的混沌加密

针对图像在信息传播中安全性的问题,提出了基于图像像素值改变和位置置乱的混沌加密方法。该算法利用两个logistic方程,分别产生两个混沌序列。一个混沌序列对图像的像素值进行改变,另一个混沌序列对图像的像素位置置乱。选取两个不同的密钥,相比一维的logistic映射加密方法,实验表明该算法有更好的安全性能、更强的抗攻击能力以及良好的加密效果。     

基于分数阶统一混沌系统的图像加密算法

为了解决数字图像信息传输所面临的安全性问题,基于分数阶统一混沌系统,提出了一种新的图像加密算法.采用经典的置乱-扩散机制,整个加密策略分为图像像素位置置乱和像素值替代两个过程.在像素置乱的过程中,采用排序的方式分别对图像的行和列进行置乱.在像素值替代的过程中,通过与密钥序列进行异或运算来实现加密.而混沌系统则作为伪随机序列发生器,并作用于加密的各个阶段.安全性和时间复杂度分析表明:该算法具有高的安全性和低的时间复杂度,且能够抵御几种常见的攻击方式.     

一种基于统一混沌系统的图像加密新算法

提出了一种新的基于统一混沌系统的图像加密新算法。首先,利用统一混沌系统的二维序列排序后的位置编号置乱图像像素位置。然后引进三个辅助密钥,将统一混沌系统输出的三维混沌序列两两异或后得到的混沌密钥序列对置乱图像进行逐像素加密。实验和分析结果表明：算法具有良好的像素值混淆和扩散性能,具有抵抗强力攻击的足够大密钥空间,加密图像像素值具有类随机均匀分布特性,且相邻像素具有零相关特性。这些结果表明了所提出方案的安全性很高。     

基于混合混沌与位分解的图像置乱改进算法

针对当前基于混沌系统的图像置乱算法中所存在的“平凡密钥”现象,对一种基于Logistic混沌序列与位交换的图像置乱算法进行了分析,给出了改进算法。算法采用Logistic与Chebyshev混合混沌映射交替迭代生成混沌序列,在完成像素点重新散布后,根据其位置信息截取混沌二值序列实现对像素灰度值的加密。仿真实验结果表明,该算法具有良好的图像置乱效果及更好的安全性。     

基于混沌和位运算的图像加密算法

为了有效改进图像加密效果及其安全性,在对基于混沌系统及位运算的图像加密算法进行研究的基础上,提出一种改进的数字图像加密算法,该算法首先采用Logistic映射产生混沌序列构造行、列置乱向量进行像素位置的置乱,再利用分段非线性Logistic产生的序列构造灰度置乱放大因子,对图像进行灰度置乱,且对两个过程进行迭代操作。该算法不仅密钥空间增大,灰度直方图更加均匀,而且像素相关性变弱,运算速度较传统算法更快。实验结果表明,改进算法具有良好的加密效果和安全性。     

一种基于新的混沌系统的彩色图像加密算法

为克服现有的图像加密算法由于使用一维混沌系统所导致的安全性低的缺陷,基于新的三维混沌系统,本文提出了一种彩色图像加密算法。该算法首先利用混沌序列对图像的像素位置进行置乱处理,打乱彩色图像各颜色分量的像素位置;在此基础上,对置乱后的彩色图像进行像素值的扩散处理,通过使用混沌序列和异或、取余运算,改变置乱图像每个像素点的三基色像素值,从而得到最终加密图像。实验结果表明,本文所提出的彩色图像加密算法具有密钥空间大、敏感性强和安全性高等特点。     

Symmetric keys image encryption and decryption using 3D chaotic maps with DNA encoding technique

In present digital era, multimedia like images, text, documents and videos plays a vital role, therefore due to increase in usage of digital data; there comes high demand of security. Encryption is a technique used to secure and protect the images from unfair means. In cryptography, chaotic maps play an important role in forming strong and effective encryption algorithm. In this paper 3D chaotic logistic map with DNA encoding is used for confusion and diffusion of image pixels. Additionally, three symmetric keys are used to initialize 3D chaos logistic map, which makes the encryption algorithm strong. The symmetric keys used are 32 bit ASCII key, Chebyshev chaotic key and prime key. The algorithm first applies 3D non-linear logistic chaotic map with three symmetric keys in order to generate initial conditions. These conditions are then used in image row and column permutation to create randomness in pixels. The third chaotic sequence generated by 3D map is used to generate key image. Diffusion of these random pixels are done using DNA encoding; further XOR logical operation is applied between DNA encoded input image and key image. Analysis parameters like NPCR, UACI, entropy, histogram, chi-square test and correlation are calculated for proposed algorithm and also compared with different existing encryption methods.

     

基于DNA编码与统计信息优化的图像加密算法

针对现有图像加密算法的相关性较高的问题,提出一种基于DNA编码与统计信息优化的图像加密算法。首先,采用DNA编码将图像的RGB三色通道分转化为DNA序列,并通过DNA运算对像素进行空间域的失真处理;然后,对图像进行扩散处理,并使用和声搜索算法搜索扩散阶段的最大熵;最终,对图像进行混沌置乱处理,通过和声搜索算法搜索该阶段的最小相关系数。仿真实验结果显示,本算法获得的熵与相关系数分别接近理想值8与0,同时获得了理想的安全性。     

混沌映射与比特重组的图像加密

目的 当前很多图像加密都采用基于比特的加密算法。针对这种比较流行的加密算法所存在的安全缺陷问题,提出一种能够解决比特面0比特和1比特置乱时的位置限制的图像加密算法,实现比特的全局重组。方法 首先利用Tent混沌映射生成一个伪随机序列,然后利用生成的伪随机序列对比特明文图像进行整行以及整列的置乱,将置乱后的比特像素矩阵分块分别进行Henon映射的置乱,最后经过扩散操作得到最后的密文图像。结果 加密后明文图像的像素值的分布由不均匀变成了均匀分布,明文图像的各像素间的相关性被打破,使得原图没有了统计特性,像素变化率（NPCR）以及归一化平均变化强度（UACI）皆接近理想值,算法能够抵抗穷举攻击和差分攻击,并且在能保证加密安全的同时能有较低计算复杂度。结论 本文所提出的图像加密算法具有加密后像素相关性低、密钥空间大,以及对明文图像和密钥高度敏感等特点,本文算法在进行比特级的置乱时,又加入了与明文相关的特性,增强了加密算法的明文敏感性,同时也加强了加密算法的扩散性,可有效地保障密文图像的安全。     

An image encryption scheme based on DNA coding and permutation of hyper-image

An image encryption algorithm based on substitution and permutation is proposed in this paper. The original image is encoded into DNA sequence and hyper-image respectively for better disposal. The encryption algorithm is composed of substitution in the DNA format and permutation in the hyper-image format, both of which have eliminated the relation between adjacent pixels in the image and adjacent bit planes in one pixel sufficiently. Besides, a random sequence generator based on the hyper-chaotic system is proposed, which has been utilized both in deciding the complementary ‘nucleoside’ in the substitution process and in constructing the hyper-image for the permutation process. Large quantities of experiments have demonstrated the validity and efficiency of the proposed scheme.     

混沌系统和DNA编码的并行遥感图像加密算法

目的 针对传统基于混沌系统的图像加密算法在加密遥感图像时存在速度差、安全性不足等问题,提出一种混沌系统和脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid,DNA）编码的并行遥感图像加密算法,提升图像加密的效率和安全性。方法 利用明文图像的安全散列算法256（secure Hash algorithm 256,SHA-256）哈希值修改混沌系统的参数和初始值,提高算法的明文敏感性,并通过2维Hénon-Sine映射置乱图像,打乱像素之间的分布规律;然后利用图形处理器（graphics processing unit,GPU）并行计算密钥序列,缩短加密时间,通过选择多个高维混沌系统和修改混沌系统初始值确保密钥序列的随机性;最后利用密钥序列和GPU对图像进行DNA并行加密,得到最终的密文图像。在DNA并行加密过程中,生成一种DNA-S盒,对DNA编码进行非线性替换。结果 在遥感图像以及普通彩色图像上的仿真实验和安全性分析结果表明,本文算法在加密遥感图像上速度达到80 Mbit/s以上,密钥空间大于10²⁰⁰,信息熵趋近于8,密文图像直方图平坦均匀,且通过了美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology,NIST）随机测试以及卡方检验;与其他算法相比,本文算法在密钥空间、相邻像素相关性、像素改变率（number of changing pixel rate,NPCR）、统一平均变化强度（unified averaged changed intensity,UACI）和信息熵等评价指标上更接近理想值。结论 本文算法在大幅提升加密速度的同时,保证算法足够安全,能够抵抗各种攻击,适合遥感图像以及大容量图像的保密存储和网络传输。     

一种基于共轭混沌映射的图像加密算法

本文应用离散混沌动力映射和Tent映射的图像加密算法。利用共系统，针对图像数据的存储特点，设计了一种基于共轭混沌映射Logistic轭映射产生密钥流改变原图像的灰度值；运用一类标准混沌映射，构造了一种具有强非线性藕合结构的置换方式，从而改变像素点的位置。同时，对提出的算法进行仿真实验和安全性分析，结果表明该算法具有安全性高和加密速度快等特点。     

基于DNA序列的彩色图像加密算法

结合混沌系统和DNA密码学,提出了一种基于DNA序列的彩色图像加密算法。该算法应用了DNA序列的加法、减法、异或运算,并且把彩色图像分解为位平面进行处理。首先对彩色图像位平面分解、DNA编码;然后对DNA平面置乱、DNA加法运算、DNA异或运算;最后进行DNA解码、位平面合并,得到密文图像。实验结果表明,原始图像加密后的图像类似噪声,加密后的直方图变得更平滑,对密钥有很高的敏感性,密文图像的随机性好,密文图像相邻像素之间相关性低。     

位级同步置乱扩散和像素级环形扩散图像加密算法

目的 针对基于位平面信息量分布的选择性加密算法安全性不高、像素置换加密算法不能很好抵抗统计攻击问题,提出一种基于位级同步置乱扩散和像素级环形扩散的图像加密算法（BSPDPAD算法）,提高图像加密效率和安全性。方法 BSPDPAD算法首先通过分段线性混沌映射产生两组混沌序列,其中一组混沌序列对图像进行随机分块,另一组混沌序列分解到位平面构成位级密钥流;然后,将各像素块分解到位平面,利用位级密钥流同步置乱扩散高位平面、置乱低位平面,实现位平面上块内置乱扩散及块间扩散;最后,再次迭代分段线性混沌映射产生新的密钥流,利用该密钥流对经过位级加密的中间密文图像进行横向顺序扩散和纵向逆序扩散,完成图像加密。结果 灰度图像及彩色图像上的计算机仿真实验与性能分析表明：BSPDPAD算法密钥空间大于2¹⁰⁰,信息熵接近于8,密文图像直方图趋近于均匀分布;与其他加密算法相比,BSPDPAD算法密文图像相邻像素相关性系数绝对值减小约12数量级,像素变化率和归一化平均强度明显提高,说明BSPDPAD算法在密钥、明文敏感性、抵抗多种攻击能力等性能上优于其他加密算法,且算法扩散效果好,仅一轮加密就能获得较理想的加密效果。结论 将位级选择性加密与像素级环形扩散相结合的BSPDPAD算法可有效抵抗各种攻击,安全性高,适合各种类型的灰度及彩色图像加密,潜在应用价值大。     

A new image encryption algorithm based on non-adjacent coupled map lattices

We propose a new image encryption algorithm which is based on the spatiotemporal non-adjacent coupled map lattices. The system of non-adjacent coupled map lattices has more outstanding cryptography features in dynamics than the logistic map or coupled map lattices does. In the proposed image encryption, we employ a bit-level pixel permutation strategy which enables bit planes of pixels permute mutually without any extra storage space. Simulations have been carried out and the results demonstrate the superior security and high efficiency of the proposed algorithm.