像素位置与比特双重置乱的图像混沌加密算法

针对当前流行的一类具有置乱—扩散结构的混沌图像加密算法存在的安全缺陷问题,提出了一种能抵抗选择明(密)文攻击的图像加密算法。算法采用Kent混沌映射生成密钥序列,并根据明文像素值的特征和输入的密钥,分别产生混沌系统的参数和预迭代次数。首先,利用混沌序列实现图像像素位置的全局置乱;其次,根据另一个新生成的混沌序列,实现对图像像素值中0 bit、1 bit的置乱。实现了混沌映射产生的序列与图像本身内容的关联,从而实现了中间密钥随明文自适应变化,能有效抵抗选择明(密)文攻击。实验结果表明,该算法克服了以往算法不能抵抗选择明(密)文攻击的缺陷,同时具有加密算法简单、密钥空间大等加密性能,并能较好地抵抗统计特性分析、差分分析攻击。     

Chaotic image encryption based on circular substitution box and key stream buffer

A new image encryption algorithm based on spatiotemporal chaotic system is proposed, in which the circular S-box and the key stream buffer are introduced to increase the security. This algorithm is comprised of a substitution process and a diffusion process. In the substitution process, the S-box is considered as a circular sequence with a head pointer, and each image pixel is replaced with an element of S-box according to both the pixel value and the head pointer, while the head pointer varies with the previous substituted pixel. In the diffusion process, the key stream buffer is used to cache the random numbers generated by the chaotic system, and each image pixel is then enciphered by incorporating the previous cipher pixel and a random number dependently chosen from the key stream buffer. A series of experiments and security analysis results demonstrate that this new encryption algorithm is highly secure and more efficient for most of the real image encryption practices.     

基于超混沌系统和密文交错扩散的图像加密新算法

该文提出一种基于超混沌系统优化序列并结合密文交错扩散的并行图像加密策略。首先,对超混沌序列进行改造使得改进序列更适合图像加密;然后,利用改进的混沌序列产生与明文相关的最终密钥序列,使得算法对明文敏感。图像被分成两个子块,以并行方式对子块进行两轮像素加密,并引入密文交错扩散技术。对密钥空间和执行效率、像素分布特性、相关系数、抗差分攻击能力以及密钥敏感性进行了测试和分析,证明了方案的安全性和执行效率。结果表明,该算法安全高效,在图像保密通信中具有较大的应用潜力。     

一种基于位运算的数字图像加密算法

给出了一种混沌序列的非线性二值化方法,提出了一种基于位运算的数字图像加密算法.加密算法首先利用传统的混沌系统产生的混沌序列对图像进行位置置乱;其次对置乱后图像进行基于灰度值二进制序列的置乱操作;最后应用文中方法对结果图像灰度值的二进制序列按位进行异或运算.实验结果表明,该加密算法具有良好的安全性和加密效果.     

通用数字图像加密与抗剪切攻击恢复算法

为对数字图像进行有效地保护,提出一种以混沌系统及其混沌序列为基础的通用加密与解密算法。首先,根据密钥产生一个混沌序列,经排序后生成相应的下标序列,并据此进行像素坐标置乱加密。然后,根据子密钥与图像类型值由混沌序列生成相应的无符号整数序列,并按顺序与对应的像素值进行异或运算以实现像素值置换加密。针对恶意剪切攻击,同时提出一种基于邻域相邻像素特性的抗剪切攻击恢复算法。实验结果与理论分析表明,该算法加密效果好,密钥空间大,安全性与通用性强,且具有较为理想的抗统计分析攻击与抗剪切攻击能力。     

快速置乱耦合3D混沌映射的图像加密算法研究

针对当前3D混沌映射加密算法的安全性不高,且其置乱过程的计算量大,置乱性不稳定,以及置乱方法不具有通用性等缺陷,设计了一种快速通用置乱方法,并将混淆与扩散机制同时引入进来,提出了一种新的3D混沌映射图像加密算法。首先利用快速置乱方法置乱初始图像,以改变像素位置;利用三维Chen系统结合像素值变换函数所生成初始外部密钥迭代3D混沌映射,得到一个序列,该序列根据混淆机制对置乱图像像素值进行混淆;改变外部密钥,再迭代计算3D混沌映射,得到三元一维伪随机数组,并借助密钥流机制量化该数组,得到新序列,利用该新序列根据扩散机制对混淆后的像素进行扩散处理。借助MATLAB仿真软件对该算法及其他3D算法进行对比仿真。结果显示:与其他3D算法相比,该算法安全性更高,置乱速度更快,计算效率更高,且其密钥空间巨大。     

基于螺旋相位变换和广义Fibonacci混沌的光学图像加密

为了解决光学加密技术中混沌序列分布不均匀,抗选择明文攻击能力弱以及菲涅尔域双随机相位编码系统对第1个衍射距离不敏感等问题,该文基于螺旋相位变换和新型广义Fibonacci混沌系统,提出一种光学图像加密算法。在菲涅尔域的双随机相位编码中对明文图像进行相位编码和螺旋相位变换,克服系统对第1块随机模板和衍射距离不敏感的缺陷,提高光学密钥敏感性。添加安全图像与明文进行加权干涉,进一步提高光学密钥敏感性和密钥维度。构造可产生均匀混沌序列的广义Fibonacci混沌系统生成随机模板,解决密钥体积过大分发传递困难问题,克服Logistic混沌分布不均匀的缺点,提高密钥传输效率及密钥敏感性。同时用明文哈希值SHA-256生成混沌初值和螺旋相位变换参数,使得密钥流随明文自适应变化,达到“一次一密”的效果,提高算法抵抗选择明文攻击能力和明文敏感性,雪崩效应更强。实验对比表明该算法明文及密钥敏感性高,密钥空间大,鲁棒性好,能有效抵御各种攻击,是一种高安全性的光学图像加密方法。     

结合Fourier变换对称性和随机多分辨率奇异值分解的彩色图像加密

提出一种基于Fourier变换对称性和随机多分辨率奇异值分解(R-MRSVD)的彩色图像加密算法。首先计算归一化明文图像的平均值作为logistic-exponent-sine映射的初值,并生成随机矩阵和位置索引;然后对每个颜色通道分别进行二维离散Fourier变换,根据共轭对称性仅保留一半的频谱系数,并提取实部分量和虚部分量构建实数矩阵;最后对实数矩阵进行R-MRSVD和Josephus置乱操作,得到密文图像。将明文图像的像素特征作为混沌序列的初值,保证算法具有高敏感性和高安全性,同时实值的密文便于存储和传输。对算法的解密图像质量、统计特性、密钥敏感性、抗选择明文攻击、鲁棒性等性能进行测试,仿真结果表明,所提加密算法具有可行性和安全性。     

真彩图像和视频加密新方案的研究与实现

提出一种新的混沌真彩图像和视频加密算法.在对图像预处理的基础上,应用Henonlsine复合混沌系统产生的混沌序列对预处理后的图像矩阵进行位置置乱和灰度值替代结合的方法加密.通过性能分析,表明该算法具有良好的加密效果.将该算法应用于视频加密之中,并引入"一帧一密"的技术,仿真和通信平台的成功测试表明该算法对视频加密的适用性和良好性能.     

基于余弦-指数混沌映射的分块图像加密算法

为平衡混沌映射中结构与性能的关系,保证加密系统安全性,提出一种基于余弦-指数混沌映射的分块图像加密算法。首先,通过非线性指数项对引入了Tent种子映射的余弦映射进行调制,构造新型余弦-指数混沌映射,并利用SHA-256函数产生与明文相关的密钥,生成随机性较强的混沌序列,实现一次一密;然后,基于拉丁方和位级转换,通过两轮拉丁方索引和比特位拼接,分别设计双重拉丁方和扩展比特位算法,并结合二维约瑟夫序列,对块间预置乱后的明文进行块内置乱,实现不同分块的差异化置乱;最后,基于Zig-Zag变换,采用环状仿Zig-Zag变换设计交叉Zig-Zag变换方法,将中间密文与混沌序列进行双向非线性扩散,实现同时改变像素位置与大小,完成图像加密。实验结果表明,该算法密钥空间大,能有效抵御差分分析和统计分析等典型攻击,具有较好的加密效果。     

基于混沌集的图像加密算法

该文提出一种基于包含离散混沌系统、连续混沌系统的混沌系统集的混沌加密算法,该加密算法可以根据加密强度需求选择不同的混沌系统组合,利用图像像素的像素均值及像素坐标值为参数控制混沌密钥产生,增强混沌密钥与明文数据之间的联系。在加密基础上,将密文按位切割成3个数据后伪装隐藏在一个处理后的公开图像内,改变了密文外观特性。通过对加密后的图像进行图像直方图分析、相邻像素相关性分析及图像信息熵分析,表明该加密算法有效,在图像保密传输中具有应用潜力。     

基于激光散斑和超混沌的彩色图像加密

为了保证彩色图像在传输过程中的安全性与可靠 性,提出将具有随机性的激光散斑与一种四维 Lorenz型超混沌系统相结合进行彩色图像加密的新方法,同时构建了散斑超混沌加密系统。 系统将原始彩图 与超混沌系统产生的非线性度更高的超混沌序列按位异或进行混沌加密,然后将加密后的图 像与物理随机 的激光散斑图像按位异或进行散斑加密即可获得加密彩图,密钥空间达10¹⁰¹,平均相邻像素相关系数达 0.000。结果表明,本文方法具有较好的加密 效果,可抵御统计分析攻击,有大的密钥空间,较强的密钥敏 感性及弱的相邻像素相关性。     

一种基于TLM超混沌细胞神经网络图像加密新算法

混沌对初值敏感的特性使得它适合于数据加密。以4 阶CNN 模型为基础,提出了一种新的超混沌细胞神经网络图像加密算法。算法分为置乱和扩散二个阶段,复合混沌映射用于生成置乱阶段控制参数,用以置乱图像行列之间的高度互相关像素。在扩散阶段,使用不同初始状态和参数的复合混沌映射生成高阶混沌细胞神经网络的初始条件,以生成扩散阶段的密钥流。算法的已知明文和选择明文攻击、密钥空间和直方图的仿真实验均取得了良好的结果。与其他相关算法相比,该算法具有密钥敏感性和抗攻击性强的优点,适用于图像加密。     

Fusion of confusion and diffusion: a novel image encryption approach

Recently, the development of confidentiality and authenticity ensured by image encryption has been one of the key advancements in the field of secured wireless communication. The proposed work focuses on providing confusion, diffusion and permutation inherently in the system. The input grayscale image is shuffled by employing the Henon algorithm and subsequently separated into 8 bit planes. With the aid of a secret key of 256 bits, chaotic sequences are generated for each bit plane. Later, the logistic map is adapted on the chaotic sequences to obtain the scrambled image. Furthermore, this image is shuffled with Zaslavskii and Hilbert Space Filling Curve algorithms, which establishes the confusion stage. To incorporate the diffusion stage, a self-invertible matrix is generated by a latin square image cipher and a secret key. This matrix and the scrambled image underwent the Hill cipher to build the encrypted image followed by a row-column transformation to ensure multifold security. The proposed compound activities of encryption are successfully implemented on the laboratory virtual instrumentation engineering workbench 2013 platform. Noticeably, the established processes of image encryption are tested in the universal software radio peripheral environment and transceived via an additive white Gaussian noise (AWGN) channel. More specifically, the influence of natural and unnatural (cropping attack) noise on the characteristics of the encrypted image while sharing through AWGN channel has been investigated. Security analysis is performed by computing the unified average changing intensity, number of pixels change rate, correlation value, large key space to defy brute force attack, strong key sensitivity and uniform gray value distribution on encryption.     

基于联合变换相关器和矢量分解的图像加密方法

为了提高基于联合变换相关器(JTC)的加密方法的 抗攻击能力,提出了一种基于 JTC和矢量分解的图像加密方法。在加密过程中,通过计算机预处理, 先将待加密图像进行了基于干涉原理的矢量分解,再利用基于JTC的 光学加密系统进行图像加密并记录加密图像。解密时,通过其中一个密钥解密联 合功率谱得到一幅纯相位图,再与另一个与明文相关的密钥进行相干叠加得到相 应解密结果。本文加密系统易于实现,通过矢量分解增加了一个与明文相关的密钥, 破坏了加密图像和原始图像间的线性关系,有效地提高了系统安全性。仿真实验 结果和分析验证了本文加密方法的可行性和安全性。     

基于差异混合掩码与混沌Gyrator变换的光学图像加密算法

为了提高光学加密技术的抗选择明文攻击能力与未知攻击下的解密质量,该文设计了基于差异混合掩码与混沌Gyrator变换的光学图像加密算法。将输入明文转换成相应的快速响应码;考虑明文特性,根据Logistic映射,生成一个混沌相位掩码;同时,联合径向希尔伯特与波带片相位函数,将其与混沌相位掩码融合,构建了混合相位掩码;随后,利用明文图像迭代Logistic映射所输出的随机序列来计算Gyrator变换的旋转角度,结合混合相位掩码,对快速响应码进行调制,形成Gyrator频谱;引入等量分解技术,将Gyrator频谱分割为两个分量,并设置不同的阶数,形成两个差异螺旋相位掩码;利用奇异值分解(SVD)方法,将其中一个Gyrator频谱分量进行处理,并联合两个差异螺旋相位掩码,分别对其相应的正交矩阵进行编码;最后,通过组合编码后的正交矩阵与对角矩阵,基于可逆SVD技术,输出加密密文。理论分析了所提算法抵抗明文攻击和裁剪攻击的能力,以及加密结果针对密钥变化的敏感性水平。实验结果验证了所提算法拥有良好的安全性能。     

基于遗传-超混沌的数字图像加密算法设计

针对当前置乱-扩散图像加密算法在像素位置置乱过程中存在容易遭受选择明(密)文攻击问题,尝试利用混沌理论产生随机序列,再进行加密,加密过程中涉及的参数通过遗传寻优得到。此算法引入明文反馈机制到图像置乱过程中,使得置乱效果不仅与混沌初始序列有关,而且与明文本身也密切相关,实现了图像特性与加密算法的有机融合。而通过在扩散加密过程中引入了明文反馈机制,来提高算法对明文的敏感性和算法的抗选择明文及密文攻击性能,有效融合了图像的特征信息进行加密算法设计,使得加密算法某种程度上具有数据驱动特性。最后,通过实验和相关分析表明,该算法不仅可以有效抵御选择明文攻击、抵抗统计攻击及信息熵攻击,而且还有效提高了图像加密效率,实现图像安全传输。     

基于矢量分解和相位剪切的非对称光学图像加密

结合矢量分解和相位剪切提出一种新的非对称光学图像加密算法,明文经过4个密钥加密得到分布均匀的密文和3个解密密钥。解密密钥在加密过程中产生,不同于加密密钥,实现了非对称加密,增加了系统的安全性。在矢量分解过程中产生的解密密钥与明文关联强,比现有光学非对称加密算法中明文对密文和解密密钥更为敏感,抵御选择明文攻击能力更强,同时也提高了解密密钥的敏感性。相位剪切的引入扩大了密钥空间,增强算法安全性,产生实数密文更便于传输。实验分析表明:该算法密文分布均匀、相邻像素相关性低,解密密钥、明文对解密密钥和密文敏感性高,抵御各种攻击能力强,有更好光学图像加密效果。     

一种新的图像加密算法研究与应用

提出了一种新的混沌彩色图像加密算法.首先由Logistic和Cubic-Henon复合混沌映射生成混沌序列,再结合像素值替代和图像位置置乱方法对彩色图像进行加密,并利用"一幅图像一次密钥"的密钥同步方案,实现了一个基于混沌的图像保密通信系统.该算法具有一定的有效性和良好的加密性能.     

基于Tent混沌序列的数字图像加密方法

Tent混沌映射结构简单但产生的混沌序列随机性能好,采用NIST测试能权威地检测序列的随机性能。通常运用混沌加密数字图像时,都是指定初值和控制参数。在此使用改进后的混沌序列,把初值的产生和明文图像联系起来,对图像进行置乱,再改变灰度值。仿真验证了此算法加解密的有效性和良好的安全性能。