一个切换Lorenz混沌系统在图像加密中的应用

目的将一种新型的切换Lorenz混沌系统引入到图像加密系统中,以提高图像加密的效果。方法图像加密系统采取"置乱-扩散-置乱-扩散"的过程,首先结合密钥K,将切换Lorenz混沌系统结合四阶龙格-库塔方程对明文图像进行离散,并通过Arnold映射对明文图像矩阵进行置乱;通过"异或"位运算对图像进行扩散处理;再通过Logistic映射对图像进行置乱;最后通过"循环移位"运算对图像进行扩散处理。结果经过仿真实验对图像加密性能进行测试,密文图像的相关指标参数NPCR和UACI的测试值分别约为99.60和33.4,都很接近于它们的理论值,信息熵的测试结果约为7.997,也非常接近于理论值8。结论表明引入新型切换Lorenz混沌系统的图像加密系统具有较强的鲁棒性、可靠的安全性,可以有效地提高加密系统的各种抗攻击能力。     

基于复合混沌模型的高级加密标准图像加密算法

为提高图像加密算法的安全性能,提出了一种基于复合混沌系统的改进的高级加密标准加密算法。该算法将Logistic混沌序列与Chebyshev混沌序列相结合,产生2种新的混沌映射。一种复合混沌矩阵作为高级加密标准的轮密匙,进行像素置乱;另一种复合混沌矩阵组成S盒,进行位置置乱。另外,对图像像素点进行位移及列混合操作,进一步达到位置置乱的目的,实现动态变换密钥的高级加密标准图像的加密。实验结果表明,该算法具有较高的密钥敏感性、良好的置乱效果及高效性。     

基于改进的替换-扩散结构和变量控制参数的图像加密算法

提出一种基于改进的替换-扩散结构和变量控制参数的图像加密算法。首先使用传统的Arnold变换进行图像位置置乱,再利用Logistic映射产生混沌序列改变图像的灰度值,从而构造出一个位置置乱和像素值改变相结合的图像加密算法。最后使用Matlab进行实验仿真,结果表明该算法能够取得很好的加密效果,且具有算法简单,密钥空间大,密钥敏感性强等特点。基本满足图像加密的有效性和安全性要求。     

基于超混沌的三层量子图像加密算法研究

具有高效运算能力的量子计算机的提出使得基于经典计算机的图像加密算法安全性大大降低,如何将图像转移到量子计算机表示并进行加密传输是一个难点。针对这一问题,设计了基于NEQR模型的3层量子图像加密算法。首先,利用希尔伯特(Hilbert)矩阵实现量子块级置乱;然后,利用超Lorenz混沌系统生成的随机序列,打乱量子像素中的位顺序,实现位级置乱;最后,利用量子随机图像对原始量子图像进行CNOT操作并进行位本身CNOT操作,实现位级扩散,得到最后的加密图像。实验结果表明,加密图像的相关系数较低,加密算法的密钥空间大,加密图像的像素改变率、归一化平均变化强度和熵值接近理论值,具有良好的安全性和可行性。     

基于新型多环多翼超混沌系统的图像加密算法

目的 为提高图像加密算法的安全性,提出一种新型多环多翼超混沌系统的图像加密算法.方法 对超Lorenz混沌系统进行分形变换,得到多环多翼超混沌系统,设计一种基于该混沌系统的查表运算扩散算法.算法采用典型的置乱-扩散模式,借助Logistic混沌系统对明文图像进行无重复索引置乱,将新型多环多翼超混沌系统产生的密钥序列结合明文信息,对一次扩散图像的每个像素值进行正逆向扩散,得到最终的加密图像.结果 置乱图像的平均不动点比为0.003％,密文直方图分布均匀,相邻像素相关性几乎为零,信息熵达到了7.999,且NPCR,UACI和BACI的值分别为99.61％,33.46％和26.7％,与同类加密算法相比,该算法加密效果更优.结论 算法具有较强的密钥敏感性,能有效抵抗剪切、噪声等攻击,所提出的图像加密算法具有较高的安全性.     

基于3D-CS混沌系统的双DNA编码图像加密算法

目的为解决加密算法中明文与混沌系统密钥关联小,且置乱扩散不能同步进行造成的安全性低的问题。在结合Chebyshev和Sine映射的基础上,新建三维Chebyshev-Sine混沌映射系统(3D-CS),提出一种基于3D-CS混沌系统的双DNA编码图像加密算法。方法设定二进制与四进制双重DNA编码,利用约瑟夫环变换对经过二进制DNA编码的图像RGB各层进行位置索引,同时完成置乱和扩散,然后将混沌系统产生的序列值经过处理后进行四进制DNA编码,最后将2种DNA序列进行加法运算后解码得到密文。结果仿真实验表明,索引序列和混沌序列通过了随机性检验,密文各层NPCR值分别为99.63%,99.61%,99.59%,UACI值分别为33.43%,33.44%,33.40%,信息熵分别为7.9992,7.9991,7.9993。结论所设计的混沌序列相较于其他混沌序列有一定优势,针对提出的问题有效提高了加密算法的安全性,密文能有效地抵御各种统计攻击与差分攻击。     

混沌神经元耦合置乱神经元的图像加密算法研究

目的为了使当前加密系统具有更强的密钥敏感性以及更大的密钥空间,以提高抗各种攻击性能。方法提出一种新型的基于置乱神经元耦合混沌神经元的图像加密算法。加密系统的置乱和扩散由2个不同的3层神经构成,分别是置乱神经元层和混沌神经元层,混沌密钥生成模块则通过相应的权值和偏置来对这2层结构进行控制。在混沌神经元层扩散过程中,3个混沌系统用来生成权值矩阵和偏置矩阵,通过非线性标准化、按位异或操作来进行非线性组合,并通过Tent映射来进行激活,以获得扩散信息。在置乱神经元层置乱过程中,利用混沌密钥生成模块获取置乱矩阵,对扩散信息进行线性置乱处理,再通过二维Cat混沌映射对信息进行非线性置乱处理,并与当前加密算法进行对比。结果与当前加密算法相比,文中算法安全性更高,平均熵值为7.9991,且该加密算法的密钥空间大,为2160×1060,密钥敏感性强,错误与正确密钥之间的密文差异率为99.765%。结论设计的加密算法高度安全,可有效抗击各种攻击。     

基于改进广义Arnold映射的多混沌图像加密算法

目的针对Arnold映射图像置乱效果差以及无法抵御选择明文攻击等问题,提出一种改进广义Arnold映射的图像加密算法,以提高密文图像的安全性。方法该算法引入Kent映射产生控制参数,先对图像进行分块来削弱图像的相关性,对每块图像进行Arnold映射位置置乱,然后利用二维logistic映射生成混沌序列,经双曲正切变换处理后按照奇偶序列与置乱图像进行异或运算,得到最终密文图像。结果该算法得到密图信息熵为7.9899,像素改变率为99.61%,统一平均变化程度为30.73%。结论该算法简单易执行,能有效抵御各种统计攻击和明文攻击,具有密钥空间大、置乱效果好、鲁棒性较强等特点。     

基于加权直方图位混淆与分阶混沌异扩散的快速图像加密算法

目的为了解决当前图像加密技术因在置乱和扩散过程忽略了明文像素特性,导致其抗明文攻击能力较弱,并且整个像素扩散均采用相同的加密机制来实现,存在安全性不理想问题,文中设计基于加权直方图位混淆和分阶混沌异扩散的快速图像加密算法。方法该算法充分利用整个明文的像素值,将其嵌入到整个置乱与扩散阶段,且在扩散过程中,利用不同的加密函数对不同的像素进行扩散。首先,联合Logistic与Tent映射,利用非线性组合思想构建新的低维混沌系统,并分析其混沌性能;考虑输入明文的像素值,建立像素加权直方图,借助外部密钥,生成复合混沌系统的初值,通过迭代输出随机序列;再将明文的每个像素在位水平上进行扩展,利用离散化的随机序列在位水平上实现明文混淆;随后,将分数阶理论嵌入Logistic映射中,构建分阶Logistic混沌映射,利用像素的加权直方图对其迭代,输出混沌数组;对混淆密文的像素进行分类,结合混沌数组,设计异扩散模型,对三类像素进行不同的加密。结果测试结果显示,与当前混沌加密算法相比,所提加密机制具有更强的抗明文攻击能力,其输出密文的像素分布更为均匀。结论所提加密技术兼顾了较高的安全性与效率,能够较好地保护图像在网络中安全传输。     

基于混沌系统与多方向扩散的图像加密算法

目的为了避免只从单一方向来扩散图像像素,并提高加密密文的安全性,设计了混沌系统与多方向连续扩散的图像加密算法。方法综合Tent,sine映射,联合改进的Logistic映射,设计混合混沌机制,将Logistic模型的输出值作为触发器,获取一组随机性较强的混沌序列,对初始明文进行交叉置乱,高度混淆其像素位置,有效降低置乱周期性;构建量化机制对混沌序列进行处理,获取密钥流,从而设计多方向连续扩散机制,从4个不同的方向,利用不同的扩散模型来改变像素值,显著降低扩散周期性。结果实验结果显示,与当前混沌加密机制相比,所提算法具有更高的安全性与敏感性。结论所提加密算法能够确保图像在网络中安全传输,在包装信息防伪等领域具有较好的应用价值。     

基于奇异值分解和混沌映射的脆弱认证水印

提出一种基于奇异值分解和混沌映射的图像脆弱认证水印算法,将混沌映射的初值敏感性应用到图像的篡改检测中.对图像子块进行奇异值分解,同时利用Logistic混沌映射产生认证水印;然后利用Logistic混沌映射设计了一个子块与子块之间的映射函数,将认证水印序列嵌入在相应映射块的LSB上.实验结果表明,算法不仅对篡改非常敏感,而且能够有效地抵抗拼贴攻击和区分篡改图像内容与篡改水印.     

Novel bilateral-diffusion image encryption algorithm with compound chaos and LFSR

Abstract

In order to solve the problem of short cycle and low precision of one-dimensional (1D) chaotic function, the new compound two-dimensional chaotic function is presented by exploiting two 1D chaotic functions which are switched randomly. A new chaotic sequence generator is designed by the compound chaos and linear feedback shift register (LFSR). The random properties of compound chaotic functions and LFSR are also proved rigorously. The novel bilateral-diffusion image encryption algorithm and permutation algorithm are proposed based on the compound chaotic function and LFSR, which can produce more avalanche effect and larger key space. The entropy analysis, differential analysis, statistical analysis, cipher random analysis and cipher sensitivity analysis are introduced to test the security of new scheme. The results show that the novel image encryption method passes SP 800-22 standard tests and solves the problem of short cycle and low precision of 1D chaotic function.     

基于无序分割投影策略与重力模型的图像加密算法

目的解决当前图像算法因其像素置乱和扩散操作与明文无关,导致其抗明文攻击能力较弱,且其置乱过程存在周期性,使其安全性不佳等问题。方法提出基于无序分割投影策略与重力模型的图像加密算法。首先对输入明文进行无序分割,获取重叠子块,并构建每个子块的位置坐标计算模型,输出图像子块的位置;根据明文像素量计算Kent映射的初值,通过迭代Kent映射获取随机序列组;定义位置置乱机制,对重叠子块进行混淆;再引入分割投影策略,互换每个置乱子块中的像素位置,再对其重组,输出置乱密文;通过设计像素质量变化函数替换重力模型的固定质量,改进重力模型,对置乱密文完成像素加密。结果实验结果显示与当前图像加密技术相比,文中算法具有更高的安全性,输出密文中的相邻两像素间的关联度最低,具有更强的抗明文攻击与剪切攻击性能。结论所提加密算法能够较好地用于图像信息安全传输,具有较好的应用价值。     

基于动态可变参数的复合混沌系统的语音加密算法研究

利用混沌理论,基于Hénon映射和Logistic映射设计了一个复合混沌系统,并证明了其具有更好的初值敏感性。对产生的混沌二值序列进行美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standard and Technology,NIST)随机数测试,分析得出该序列具有较好的随机性,可用于加密。依此设计了一个语音加密算法,实现了语音信号的加/解密功能。仿真分析表明,该混沌语音加密算法具有较高的安全性,能产生足够的密钥空间,有较强的保密性能。