二值图像混沌加密算法研究

针对传统混沌加密算法存在的混沌周期性以及仅可应用于方形密文的局限性,研究二值图像混沌加密算法。采用基于循环位移的图像置乱算法,利用基于像素扩散机制的图像加密算法,通过Logistic映射的迭代输出密钥模型以及Tent映射,设计非周期性的像素扩散函数改变置乱图像像素灰度值,实现置乱后的二值图像加密,并利用单调抑制模型增强二值图像映射输出序列随机性,提高二值图像加密效果。实验结果表明:本文算法在二值图像加密中的应用具有显著优势。     

二次广义cat映射的混合混沌图像加密算法

针对混沌图像加密的特点,为了提高加密的效果,提出了一种二次广义猫映射的混合混沌加密算法。该方法首先利用广义cat映射对像素点进行多次迭代,然后再利用广义cat映射进行多次置乱,并且置乱的次数与图像本身的像素值密切相关。再用广义Henon映射产生的混沌序列与置乱后图像进行扩散加密运算。实验和仿真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,并且有效解决了混沌系统随机性差、熵攻击、控制参数少等问题。同时具有密钥空间大,加密算法简单,能够较好地抵抗差分攻击、统计特性分析的优势,安全性高,加密效果好。     

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。     

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。     

基于改进型Henon映射的快速图像加密算法

为了解决传统Henon映射在密码系统中实现时混沌空间小和安全性低的缺陷,设计了一种改进型Henon映射。通过分岔图、混沌轨道、Lyapunov指数和近似熵分析表明改进型的Henon映射具有更大的混沌空间、更好的遍历性和更高的混沌复杂度,使其更加适用于设计安全的密码系统。基于改进型的Henon映射,提出了一种快速图像加密算法,该算法由多级块置乱和双向块扩散过程构成。在多级块置乱过程,明文图像被分成几个大小不等的图像块,然后对图像块进行置乱操作。在双向块扩散过程,置乱后的图像重新被分成若干个大小相同的图像块,最后对图像块进行块扩散操作得到密文图像。仿真结果和安全性分析表明该算法是安全高效的。     

基于改进Logistic映射的混沌图像加密算法

经典Logistic映射存在系统参数范围受限、混沌序列分布不均等问题。对Logistic映射进行改进并将其应用于图像加密中,设计一种置乱与扩散同时操作的图像加密算法。对经典Logistic映射增加模运算并对其所生成序列进行二进制比特重排,利用改进Logistic映射生成具有更好混沌特性的伪随机序列并用于加密系统的置乱和扩散阶段。将所生成的伪随机矩阵与明文图像矩阵进行异或操作以实现明文图像预加密。在此基础上,采取置乱与扩散同时操作的策略以置乱和扩散预加密后的图像从而得到密文图像。安全性分析及实验结果表明,该算法具有良好的加密性能和安全性,可以抵抗暴力攻击、差分攻击等常见攻击。     

基于复合离散混沌系统的图像加密算法

提出一种基于复合离散混沌系统的图像置乱加密算法,克服普通混沌量化图像置乱算法时间复杂度较高和需要对混沌轨道的概率分布有先验知识等缺陷。该算法利用复合离散混沌系统产生混沌序列,基于排序变换设计一个混沌图像置乱算法。理论分析和仿真实验表明,该算法具有较高的安全保密性能和抗攻击性能。     

双向扩散机制融合时间延迟的图像加密算法

当前混沌加密系统普遍采用单向扩散机制,导致计算效率和加解密速度较低,且都忽略了时间延迟现象,使其序列自相关性较高,无法满足安全、实时的传输需求。为此,提出一种双向扩散机制融合时间延迟的图像加密算法。迭代计算超混沌LORENZ系统得到一组超混沌序列,通过时间延迟函数与logistic映射将时间延迟引入到超混沌序列中,得到一组新序列,并利用位置集合置乱方法对该序列所得到的位置集合图像重新设置,采用密钥流机制量化新序列,通过双向扩散机制加密图像。仿真实验结果显示,与传统加密算法相比,该算法的加密机制较安全,密钥空间较大,计算效率较高。     

基于级联混沌系统和量子Baker映射的图像加密算法北大核心CSCD

量子图像加密借助于量子纠缠和叠加特性来提高算法效率,同时,与传统的图像加密算法相比,其在信息传递的安全性上更具优越性。针对量子图像仅在空间域或变换域不能充分置乱混淆的问题,文章提出了空间域和变换域操作相结合的置乱混淆方法。首先,通过量子Baker映射对图像像素的位置进行空间域的置乱。其次,利用量子比特旋转改变空间域像素的灰度信息,其中旋转角度由级联混沌系统产生的伪随机序列来确定;然后,将空间域的量子态转换到傅里叶变换域,并在傅里叶域进行量子比特旋转;最后,利用量子傅里叶逆变换将变换域信息转换到空间域得到密文图像。由于Baker映射周期更长,使得本文算法的密钥空间更大。另外,基于级联混沌系统的旋转参数生成可以减轻密钥传输负担。仿真实验结果验证了本文算法的安全性和有效性,且在复杂度上优于经典图像加密算法。     

基于HMS映射和位螺旋变换的图像加密算法

为了增大混沌映射的密钥空间、提高混沌性能、增强图像加密算法的安全性，提出一种基于HMS(Henon-Modulated-Sine)映射与位螺旋变换(Bite-Spiral)相结合的图像加密算法(HMS-BS)。首先对Henon映射进行缩放处理，将缩放结果作为Sine映射的输入，构建HMS复合映射，并通过分岔图、样本熵等衡量标准来验证HMS映射的混沌特性。然后，基于HMS映射，采用“两轮置乱-扩散”策略，根据索引矩阵对图像进行HMS置乱，并将置乱后的图像进行分块处理。其中，块间使用HMS映射进行比特级置乱，块内使用螺旋变换进行比特级扩散。最后进行矩阵重构和正反向非序列扩散来改变图像的统计直方特性，得到密文图像。实验结果表明，HMS-BS算法可抵御多种攻击，具有较高的安全性。     

基于猫映射的图像灰度值加密

为解决在公共信道传播过程中由于图像中的隐私内容泄漏从而危害信息安全的问题,提出一种新的灰度图像加密方法。新方法采用coupled logistic映射迭代来产生二维混沌序列,其中一个序列用于生成猫映射的系数,另一个用于置乱像素位置。传统的基于猫映射的图像加密方法是加密图像像素位置,而新的加密方法是对每个像素组使用不同的猫映射系数,从而变换组内每个像素的灰度值。除此之外,方法还采取双向扩散提高安全性能。所提方法加密解密过程简单,执行效率高,对图像尺寸没有要求。安全性分析表明,该加密方法对密钥十分敏感,且在多种攻击手段下都具有较好的稳定性。     

Multiple-image encryption algorithm based on bit planes and chaos

In the era of big data, many fields produce massive images every day. To improve the security of image transmission, a multiple-image encryption algorithm based on bit planes and chaos is proposed. Firstly, k images are decomposed into 8k bit planes; secondly, the Chen chaotic system and two-dimensional Logistic map are used to scramble pixel positions of the 5th-8th bit planes of each image; thirdly, the scrambled bit planes and all the 1st-4th bit planes are randomly combined into k scrambled images; finally, to obtain k encrypted images, the exclusive OR operation is performed on the chaotic image and k scrambled images. Experimental results and algorithm analyses show that the proposed algorithm has the advantages of the excellent encryption effect, high encryption efficiency, large key space, key sensitivity, strong ability to resist the statistical attack, the brute-force attack, etc.

     

基于分数阶Fourier的双混沌加密算法

图像加密在生活中有着重要地位。针对传统的自然混沌系统安全性较低的问题,提出了改进的H-L双混沌和分数阶Fourier变换的图像加密算法。 以穷举法解出的 最优解序列的顺序为基础,将混沌映射与分数阶Fourier变换结合起来, 实现了空间域和频域的置乱,使明文信息得到了隐藏。仿真实验结果表明,通过改进的算法达到了较好的加密效果,其密钥空间大、计算复杂度低、敏感性强,能有效地抵抗统计攻击等,在图形信息安全方面有一定的应用价值。     

利用Lorenz混沌系统实现红外图像加密的方案

为保证红外成像系统中红外图像的信息安全,克服采用传统图像加密时方法安全性不高、实时性差的缺陷,在分析红外图像比特为平面特征的基础上,提出了利用Lorenz混沌系统对红外图像进行加密的方案。在方案中,采用Lorenz混沌系统,针对红外图像比特位平面影响因子分布特征,只加密红外图像的最高四个比特位平面,一次性实现图像横、纵坐标和比特位平面加密,将图像加密层次由像素级扩展到比特级。和传统图像加密算法相比,该方案基于红外图像独特的位平面分布特征,加密速度快,性能好,能有效抵抗穷举攻击,具有良好的抗干扰性能和较高的置乱度。该方案可应用于安全级别要求高的红外监控系统中,提高系统安全性,有效防止黑客入侵。     

量子混沌和分数阶Fourier变换的图像加密算法

针对传统的自然混沌系统安全性低的问题,提出了量子混沌和分数阶Fourier变换的图像加密算法。通过引入量子Logistic混沌映射,解决了Logistic映射存在的周期窗口、伪随机和非周期性不好等缺陷,还改善了计算机进行浮点数运算丢失精度的问题。同时将混沌系统和分数阶Fourier变换相结合,实现了介于空间域和频域的分数域置乱,克服了传统一些方法只在单一域变换和单纯使用某一种方案而导致参数变量少,系统结构简单,直方图不均匀等缺点。实验和仿真结果表明,该算法具有密钥空间大,计算复杂度低,敏感性强等优点,能够有效地抵御统计分析攻击。     

A chaotic framework and its application in image encryption

A novel image encryption framework is proposed in this article. A new chaotic map and a pseudorandom bit generator are proposed. Apart from this, a novel image encryption system is designed based on the proposed map and the proposed pseudorandom bit generator. These three are the major contributions of this work that makes a complete cryptosystem. The proposed new chaotic map is proposed which will be known as the ‘RCM map’ and its chaotic property is studied based on Devaney’s theory. The proposed pseudorandom bit generator is tested using the NIST test suite. The proposed method is simple to implement and does not involve any highly complex operations. Moreover, the proposed method is completely lossless, and therefore cent percent of data can be recovered from the encrypted image. The decryption process is also simple to implement i.e. just reverse of the encryption procedure. A scrambling algorithm is also proposed to further enhance the security of the overall system. The simulation, detailed analysis, and comparative studies of the proposed overall image encryption framework will help to understand the strengths and weaknesses of it. The experimental results are very promising and show the prospects of chaos theory and its usage in the field of data security.

     

基于混沌复合映射的视频流文件分组加密设计与实现

混沌系统具有对初始条件的极端敏感性,初始条件的微小差异,将导致混沌系统的轨道演化很快变得互不相关,混沌的这种特性能很好地满足密码学的要求.提出了一种新的混沌加密算法模型,它以传统的分组加密思想为基础,把离散的Logistic映射与基于空间混沌的cat映射相结合,实现了对多媒体视频流AVI文件加密,实验表明该算法具有加密复杂度高和抗破译能力强等特点.