基于复合混沌系统的数字图像加密算法

提出一种整合了Henon映射与无限折叠混沌映射的复合混沌系统,并应用该系统生成的混沌序列进行数字图像的加密.算法以He-non映射的初值为加密系统的密钥.首先.固定无限折叠混沌映射的一个控制参数.输入密钥.迭代Henon映射,并将所生成的混沌序列的均值作为无限折叠混沌映射的另一个控制参数.然后.迭代无限折叠混沌映射以产生所需的混沌序列,最后,应用该混沌序列构建出置乱矩阵和变换矩阵,对图像进行加密.实验结果表明.该算法具有较好的加密效果和较高的安全性.     

基于引擎排序的图像加密动态更新算法研究

为了克服当前的混沌加密系统在整个加密过程中需多轮"置乱-扩散"带来的严重时耗缺陷,引入线性丢番图数学方程,设计了密钥动态更新规则和引擎排序机制;提出了引擎排序耦合密钥动态更新规则的图像加密算法。该算法通过引擎排序法可同时产生大量的置乱密钥和扩散密钥,避免了严重时耗问题;根据动态密钥更新规则实时改变密钥,增强密文的可靠性。由混沌映射输出线性丢番图方程的系数;根据系数求解丢番图方程,获得求解值;根据引擎排序方法重排求解值,获得新引擎;并根据新引擎产生的大量的置乱-扩散密钥来加密子图像。MATLAB仿真结果显示:该算法的密文质量优异;与当前的混沌加密算法相比,该算法的计算效率更高,只需一轮加密即可达到理想效果,有效改善了时耗现象。     

基于混沌映射和DNA编码的彩色图像加密算法

现有的低维混沌映射编码系统和单一的DNA编码系统结构简单、复杂度和安全性较低,不能满足图像加密的要求。为此,提出了一种结合DNA编码和超混沌映射的彩色图像加密方法。首先,根据明文图像的信息,迭代生成每个混沌图的初始值及与明文图像大小相同的随机矩阵。然后,对生成的图像初始值和随机矩阵进行同等大小的分块,每个区块的DNA编码方式和每个区块之间的DNA操作规则由动态超混沌序列决定。最后,引入扩散操作以达到更好的加密效果。仿真结果表明,该算法具有较高的复杂度、较强的安全性和较大的密钥空间,可以抵抗多种攻击。     

基于混沌映射和DNA编码的彩色图像加密算法（英文）

现有的低维混沌映射编码系统和单一的DNA编码系统结构简单、复杂度和安全性较低,不能满足图像加密的要求。为此,提出了一种结合DNA编码和超混沌映射的彩色图像加密方法。首先,根据明文图像的信息,迭代生成每个混沌图的初始值及与明文图像大小相同的随机矩阵。然后,对生成的图像初始值和随机矩阵进行同等大小的分块,每个区块的DNA编码方式和每个区块之间的DNA操作规则由动态超混沌序列决定。最后,引入扩散操作以达到更好的加密效果。仿真结果表明,该算法具有较高的复杂度、较强的安全性和较大的密钥空间,可以抵抗多种攻击。     

采用超混沌系统的图像压缩加密联合算法

为了同步实现图像压缩和加密,提出了一种采用超混沌Chen系统和改进零树编码相结合的图像压缩加密算法。该算法在改进零树编码基础上,先利用超混沌Chen系统产生的密钥流修正位平面编码过程中形成的上下文和判决,然后送入MQ算术编码器中进行熵编码生成相应的压缩码流,最后将压缩后码流反馈到超混沌Chen系统的输入端,产生新的密钥,使密钥流和明文相关,实现图像的联合压缩加密。实验结果表明,该算法的峰值信噪比（PSNR）至少提高了1 dB,密钥空间为256 bit,加密时间占总时间的百分比均小于45%,明文和密钥敏感性高。该算法实现了图像的联合压缩加密,比原始嵌入式零树小波（EZW）算法的图像重建质量高,具有高抗线性攻击和差分攻击能力,密钥空间大,安全性好。     

基于随机分数梅林变换的光学图像加密

为了实现光学图像的非线性加密,设计了一种基于随机分数梅林变换的光学图像加密方法,构造了相应的光学加密装置。该装置采用混沌映射生成一对共轭随机相位掩模放置于分数傅里叶变换光学装置的两端,对分数傅里叶变换的核函数进行随机化处理,得到随机分数傅里叶变换。随机分数梅林变换由对数-极坐标变换和随机分数傅里叶变换组成,光学图像经随机分数梅林变换得到复值密文,从而完成图像的像素值和像素点位置的双重加密。对应所有密钥计算了输入图像和解密图像的均方误差,混沌映射的初值增大10-16时,解密图像的均方误差放大200倍以上,其作为密钥扩大了加密算法的密钥空间;随机分数梅林变换的分数阶次作为密钥也具有很高的敏感度。数值分析验证了该光学加密系统的可行性和有效性,噪声叠加和抗裁剪性能分析表明该算法具有良好的鲁棒性。     

适用于矩形图像的新二维映射图像加密算法

针对目前的图像加密方法大多只局限于对方形图像进行加密的特点,提出了一种同时适用于方形图像和矩形图像的加密算法.将基于图像分割的新二维映射用于图像位置置乱,将含有混沌映射的扩散函数用于图像灰度置乱,从而得到一种位置置乱和灰度置乱相结合的图像加密算法.实验仿真结果表明,该算法能够很好地实现对任意大小的方形和矩形图像进行加密,且具有密钥空间大(1015～1030),密钥敏感性强以及能够抵御统计和已知明文攻击等优点,基本满足图像加密的有效性和安全性要求.     

三维可逆混沌映射图像加密及其优化算法

利用混沌拉伸和折叠的原理,提出了一种三维可逆混沌映射图像加密方法及其优化算法.该方法用一个三维数据矩阵描述灰度图像,用提出的箅法将该三维数据矩阵映射为二维数据矩阵.然后,应用拉伸和折叠算法对此二维数据矩阵实现图像像素的置乱处理.最后将置乱后的二维数据矩阵还原为三维数据矩阵,得到加密图像.该加密方法足可逆的,亦可用于图像解密.推导了加密和解密算法完整的数学表达式.由于图像数据量大,利用推导的数学表达式实现图像加密和解密时计算量较大,加密时间长,因此,提出了一种优化算法.仿真结果表明,该加密方法同时实现了像素置乱和像素混淆,其优化算法将加密速度提高了3～4倍.该加密算法抵御统计攻击的能力较强,密钥敏感度高,加密速度快,安全性高.     

新型数字混沌密钥序列发生器的周期扩展方法及实现

混沌的良好统计特征和初值的敏感性适合加密系统设计,但由于数字混沌是在有限精度下进行的,导致混沌系统特性的退化,尤其是输出序列呈现出周期性,不利于加密系统组建.针对数字混沌序列的短周期现象提出改进方案,这种新系统输出的序列周期可根据加密需要进行设定,弥补数字混沌短周期现象,并有更加良好的抗多径干扰与多址干扰的能力.使数字混沌密钥序列发生器可安全应用到加密系统中.根据理论,利用FPGA设计了其硬件电路并应用在实际项目中.     

模糊积分融合DNA编码运算的彩色图像加密算法

现有的诸多加密算法主要采用增加系统参数来提高加密系统的安全性,但过多的系统参数将导致加密效率显著降低。对此,本文提出了模糊积分置乱与DNA编码运算相融合的数字图像加密算法。首先利用Sugeno模糊积分产生密钥流,来置乱分块的DNA编码矩阵;接着对置乱后的DNA分块矩阵分别做加法运算,得到新的DNA分块矩阵;然后,利用Sugeno模糊积分对新的DNA分块矩阵执行取补操作;最后,利用耦合二维分段非线性混沌映射来进行扩散处理,完成图像的加密。实验结果表明:该算法对数字图像具有较好的加密效果,安全性好,运算效率更高。     

三维可逆混沌映射图像加密方法及其优化算法

利用混沌拉伸和折叠的原理,提出了一种三维可逆混沌映射图像加密方法及其优化算法。将灰度图像用一个三维数据矩阵描述,根据提出的算法将该三维数据矩阵映射为二维数据矩阵。对此二维数据矩阵应用拉伸和折叠算法实现图像像素的置乱处理。最后将置乱后的二维数据矩阵还原为三维数据矩阵,得到加密图像。该加密方法是可逆的,可用于图像加密和解密。推导了加密和解密算法完整的数学表达式。由于图像数据量大,利用推导的数学表达式实现图像加密和解密时计算量较大,加密时间长,针对这个问题提出了一种优化算法。仿真结果表明该加密方法同时实现了像素置乱和像素混淆,抵御统计攻击的能力增强,密钥敏感度高,优化算法明显提高了加密速度。     

两种基于混沌序列的图像加密方法的比较

对基于混沌序列的图像加密算法,以及基于混沌序列的图像置乱加密算法进行了分析、比较.实验结果表明:前者优势在于简单易行,加解密速度快;而后者主要优势在于抗干扰、抗破损性能更佳.     

Digital Image Encryption Scheme Based on Multiple Chaotic Systems

Image encryption is a challenging task due to the significant level of sophistication achieved by forgerers and other cybercriminals. Advanced encryption methods for secure transmission, storage, and retrieval of digital images are increasingly needed for a number of military, medical, homeland security, and other applications. In this paper, we introduce a new digital image encryption algorithm. The new algorithm employs multiple chaotic systems and cryptographic primitive operations within the encryption process, which are efficiently implemented on modern processors, and adopts round keys for encryption using a chaotic map. Experiments conducted show that the proposed algorithm possesses robust security features such as fairly uniform distribution, high sensitivity to both keys and plainimages, almost ideal entropy, and the ability to highly de-correlate adjacent pixels in the cipherimages. Furthermore, it has a large key space, which greatly increases its security for image encryption applications.     

基于双随机相位加密技术的图像隐藏方法

为了进一步提高光学加密方法的安全性和抗攻击性能,利用双随机相位加密方法将图像加密,加密结果为一幅平稳分布的白噪声。利用水印技术的相关理论将加密结果隐藏在一张普通图像中,结合了加密技术和隐藏技术的优点,宿主图像并没有出现明显的降质,不容易引起攻击者的注意,具有较好的抗攻击性能。在解密过程中,提出一种改进解密效果的方法,经计算其解密图像的峰值信噪比(PSNR)达到了65.313,解密图像质量得到了显著的改善。同时通过计算机仿真得出加密结果能有效抗击裁剪等影响,具有很好的鲁棒性,而且实现方法简单,有较好的实用价值。     

基于扰动的混沌序列密码算法设计与研究

有限精度效应(FPE)在很大程度上削弱了混沌密码系统的密码学特性,是近年来制约混沌密码学发展的瓶颈问题。针对FPE问题,分析了线性反馈移位寄存器(LFSR)与一维Logistic映射的混沌动力学特性,提出了一种基于二者的混沌序列密码算法。该算法采用伪随机序列扰动与密码反馈相结合的方法来改善加密效果。系统由软、硬件均可实现,在模拟实验中以软件为例,采用C++语言编写代码。实验结果表明,密文流在有限精度下具有良好的数学特性。密码系统较好地解决了FPE问题,具有实用价值。     

利用图像分割思想的二维混沌映射及图像加密算法

根据二维混沌映射思想,设计了一种新的图像加密算法。二维混沌映射包括左映射和右映射两个子映射。通过对图像的拉伸和折叠处理,实现图像的混沌加密。沿图像的对角线方向,将方图分割为上下两个等腰三角形图像;利用等腰三角形图像两列像素之间的像素数目差,以水平方向,依次将某列中的像素插入到相邻下一列像素之中,直至将原始图像拉伸成为一条直线。最后,按照原始图像大小,将这条直线折叠成一个新的图像。映射是可逆的,可应用于图像加密,密钥设计为二维混沌映射的左映射和右映射的组合。进行了仿真研究,结果表明:当密钥为64 bit时,密钥空间为1.84×10¹⁹,加密速度约为3 Mb/s。该加密算法具有加密速度快、安全性高、没有信息损失、可移植性强和容易软、硬件实现等特点。     

基于傅里叶变换和Gyrator变换的图像加密

基于傅里叶变换和Gyrator变换对图像进行加密。将原始图像和第一个随机相位函数叠加后做傅里叶变换,然后将频域信息减去第二个随机相位函数后得到一个复函数。复函数经过Gyrator变换得到加密图像,将第二个随机相位函数作为相位密钥,同时将Gyrator变换角度作为密钥,由此增大了密钥空间和增强了系统安全性。通过数字方法对图像进行加密,解密过程用光学装置实现。计算机模拟结果表明,该加密方法解密图像质量好,系统安全性良好。     

Digital Image Encryption Based on the RC5 Block Cipher Algorithm

Implementation of the RC5 block cipher algorithm for digital images in different modes of operation and its detailed encryption efficiency analysis are dealt with in this paper. The encryption efficiency analysis of the RC5 block cipher algorithm for digital images is investigated using several metrics including visual testing, maximum deviation, irregular deviation, information entropy, correlation coefficients, avalanche effect, histogram uniformity and key space analysis. The evaluation consists of theoretical derivations and practical experimentation. Experimental results have proved that the RC5 block cipher algorithm can be implemented efficiently for encryption of real-time digital images and demonstrated that the RC5 block cipher algorithm is highly secure from the strong cryptographic viewpoint.     

基于分数小波变换的双随机相位光学图像加密技术

以分数小波变换为基本理论依据,介绍了一种基于分数小波变换的双随机相位光学图像加密技术,丰富了光学图像加密的方法。该方法通过研究分数小波变换和随机相位,得到了一种多密钥的选择性光学图像加密系统。其特点在于利用分数小波变换多层次分解的优势,结合双随机相位编码,不仅增大了密钥空间,增加了安全性,而且能够实现选择性加密,使加密技术变得更加灵活和多样。通过仿真验证了该方案,可实现多密钥加密,并结合仿真结果,理论分析了该方案的加密效果、密钥的安全性和选择性加密的优良特性。研究可知,该方案是一种新的有效的光学图像加密方案。